Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een automatische synthese van oligosachariden bereikt. Niet eerder was het mogelijk om automatisch een suikerketen te maken.
Sinds midden jaren zestig kunnen we eiwitten en DNA automatisch synthetiseren. Suikerketens waren daarentegen tot nog toe ambachtelijke chemie. Door een oude truc in een nieuw jasje te steken, zijn de mogelijkheden binnen de bio-organische chemie uitgebreid.
Oligosachariden bestaan uit een reeks enkelvoudige suikers. Deze ketens zijn vaak vertakt en dus erg moeilijk te maken. De synthese van een korte suikerketen in een laboratorium is een langdurig karwei met een lage opbrengst.
Frans de Waal (1948-2024): ‘Zo speciaal zijn wij mensen niet’
Primatoloog Frans de Waal is op 14 maart 2024 overleden. In juni 2019 interviewde New Scientist De Waal. De les die hij meegaf: ‘zo speciaal zijn wi ...
Aan de buitenkant van alle cellen in het lichaam zitten korte suikerketens. Deze belangrijke biomoleculen hebben een grote functie bij celherkenning. Verschillen in bloedgroepen berusten bijvoorbeeld op de aan- of afwezigheid van bepaalde suikerstaarten. Het onderzoek naar suikerketens verloopt langzaam, omdat de synthese van dit soort oligosachariden moeilijk is.
Onder leiding van Peter Seeberger is aan het Massachusetts Institute of Technology een nieuwe techniek ontwikkeld om automatisch oligosachariden te vormen. De ideeën hiervoor zijn ontleend aan de methode van de automatische synthese van eiwitten van Nobelprijswinnaar Bruce Merrifield. Seeberger bouwde op dit idee voort en gebruikt dezelfde methode bij suikers.
Seeberger gebruikt een eiwitmachine om automatisch suikerketens te maken. Deze machine, een chemische reactor ter grootte van een tafelkoelkast, maakt ‘kraal voor kraal’ een keten. In plaats van de bouwstenen voor eiwitten in de machine te stoppen, werkt Seeberger met enkelvoudige suikers als bouwstoffen. Een beschermende groep op bepaalde plaatsen voorkomt dat twee suikers op een willekeurige manier aan elkaar koppelen. De groeiende suikerketen is verankerd op een drager. Restproducten laten zich eenvoudig wegspoelen zonder dat het product verdwijnt. Elk suikermolecuul kan op een gerichte manier aan de langzaam groeiende suikerketen worden vastgezet.
Om een voorbeeld te geven van de opbrengst van de nieuwe techniek: de vorming van een lineair heptasacharide (onvertakte suikerketen van zeven enkelvoudige suikers) duurt met de machine negentien uur met een opbrengst van 94% per stap en een totale opbrengst van 42%. Handmatige synthese kost veertien dagen en geeft een totale opbrengst van 9%. Het rendement is met de nieuwe methode dus veel hoger.
De vakgroep bio-organische chemie van de Universiteit van Utrecht hanteert al jarenlang de handmatige synthese. Prof dr Hans Vliegenthart: “Het voordeel van werken in oplossing zonder vaste drager is dat je het product goed kunt volgen. Na elke stap bekijk je de suikerketen en scheid je hoofd- van bijproduct via chromatografie. Met deze techniek kunnen we zeer ingewikkelde oligosachariden maken.”
“Het werken met een vaste drager is niet voor elke soort oligosacharide toepasbaar, blijkt uit eerder onderzoek”, vervolgt Vliegenthart. “Tijdens het productieproces gaan niet alle suikers op de goede plek zitten. Je hebt dus verschillende soorten product die aan de vaste drager gaan zitten. Als ze aan een vaste drager vastzitten, kan je deze producten niet zichtbaar maken of van elkaar scheiden.”
Vliegenthart: “Het feit dat Seeberger en collega’s zo’n hoge opbrengst hebben, komt door twee dingen. De nieuwe suikerdonor werkt blijkbaar beter dan andere donoren. En ze hebben een relatief simpele, onvertakte suiker gemaakt. Ik heb alle waardering voor het werk, maar laat ze eerst maar complexere suikers maken en aantonen dat de nieuwe techniek dan ook zo’n hoge opbrengst levert.”
Irene Husmann
