391026 Glykobiotechnologie - Spezialisierung (V) (WiSe 2006/2007)

Die Glykobiotechnologie stellt neben der Genom- und Proteomforschung eine technologische Plattform dar, von der vielfältige kommerziell nutzbare Entwicklungen ausgehen. Die Grundlagenkenntnisse im Bereich der Glykobiotechnologie haben in den letzten 10-15 Jahren zu einem eigenständigen Forschungsgebiet geführt, das als "Glykom-Forschung" bezeichnet wird. Man weiß heute, daß Zucker und zuckerartige Verbindungen als primäre Marker der biomolekularen Erkennung fungieren und Träger eines Codes sind, dessen Speicherkapazität auf Grund des großen Strukturreichtums und der vielfältigen Verknüpfungsmöglichkeiten von Zuckern die von Nukleinsäuren und Proteinen bei weitem übersteigt. In Kombination mit anderen Molekülen der Zelle wie Proteinen und Lipiden ereichen Zuckerverbindungen eine zusätzliche enorme Informationsvielfalt. Da beispielsweise rund 90% aller natürlich vorkommenden Proteine glykosyliert sind, spielen Glykoverbindungen eine zentrale Rolle in und auf lebenden Zellen und greifen tief in lebenswichtige Vorgänge ein, deren Störung weitreichende Konsequenzen für den Organismus haben können. Der biologische Auf- und Abbau der Zuckerstrukturen als sekundäre Genprodukte wird dabei von einer im Laufe der Evolution entwickelten komplizierten und hochspezifischen enzymatischen Maschinerie geleistet.
Zahreiche Glykoprotein-Wirkstoffe konnten inzwischen mit Hilfe der Gentechnik hergestellt und geprüft werden. Beispiele für therapeutische Glykoproteine sind Erythropoietin (EPO) Granulozyten/Makrophagen stimulierender Faktor (GM-CSF), Gewebsplasminogenaktivator (tPA), Antithrombin III (AT III), Faktor VIII und viele andere. Neben dem reinen Ersatz von fehlerhaften oder fehlenden Glyko-Wirkstoffen (Substitutionstherapie) zeichnet sich als Vision aber auch die Möglichkeit einer neuen Bioinformatik ab. Nicht nur die Zellen eines Vielzellers müssen untereinander in Kontakt stehen, auch Organismen unterschiedlicher Organisationsstufen kommunizieren miteinander und sei es im Sinne einer Infektion. Das Verstehen der "Sprachkodierung", des "Glyko-Codes" könnte so vielleicht eines Tages zur Entwicklung neuartiger Bio-Computer-Systeme führen, bei denen in kleinen Molekülverbänden fast unbegrenzte Informationsmengen gespeichert werden könnten.
Im Rahmen der Vorlesung soll anhand von Beispielen die biotechnologische Bedeutung von Glykoverbindungen vermittelt werden. Ausgehend von ihren Strukturen werden die Funktionsweise und klinische Relevanz von Glykokonjugaten erläutert. Daneben wird auf die Biosynthese von Glykoverbindungen im Endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat (posttranslationale Modifikation) sowie auf grundlegende analytische Techniken eingegangen.