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Glykoanalytik

Abbildung: Übersicht über ein Analyseschema

Je nach Verknüpfungsart mit dem Proteinanteil werden N- und O-Glykane unterschieden. Für den Aufbau der Glykane stehen hauptsächlich neun verschiedene Zuckerbausteine bzw. Monosaccharide zur Verfügung. Strukturell unterscheiden sich Glykane deutlich von anderen Biomolekülen wie z. B. DNA oder Proteine. Diese sind in ihrer Primärstruktur lineare Moleküle aus Nukleotiden und Aminosäuren. Monosaccharide hingegen sind ringförmige Strukturen. Die Verknüpfung der einzelnen Monosaccharide miteinander erfolgt an verschiedenen Positionen des vorhergehenden Monosaccharids. Zusätzlich kann eine Verzweigung stattfinden indem zusätzlich an anderer Ringposition ein weiteres Monosaccharid angehängt wird. Die unterschiedlichen Verknüpfungs- und Verzweigungsmöglichkeiten begründen die mikroheterogene Diversität von Glykanen; so sind aus 3 verschiedenen Monosacchariden über 20.000 Strukturen denkbar (im Vergleich: aus 3 verschiedenen Aminosäuren resultieren maximal 27 verschiedene Tripeptide). Dies führt dazu, dass an ein und derselben Glykosylierungsstelle eines Glykoproteins über hundert verschiedene Glykane analysiert werden können, wobei nur bestimmte Glykanstrukturen über eine funktionell positive oder negative Beeinflussung entscheiden. Die Informationen die in dieser strukturellen Vielfalt stecken, geben wertvolle Hinweise auf die verschiedenen Stadien von Infektionen, Entzündungen, Autoimmunerkrankungen und auf das Metastasierungspotential von Tumoren. Somit ist die Glykananalyse eine wichtige Technologie für die Etablierung neuer diagnostischer Methoden und für die Erforschung neuer Angriffspunkte für die Entwicklung zukünftiger Therapeutika.

Zum Nachweis und zur strukturellen Charakterisierung von Kohlenhydratkomponenten in biologischen Molekülen steht heute eine Analytik zur Verfügung, die sich auf chromatographische, enzymatische und massenspektrometrische Methoden stützt. Sie erfordert jedoch in der Regel einen hohen instrumentellen, zeitlichen und personellen Aufwand und vor allem große Probenmengen. Damit sind aber gerade hohe Probenzahlen und geringe Probenvolumina, wie sie bei der Entwicklung und Produktion von glykosylierten Biopharmazeutika, bei der Suche nach glykanbasierten Biomarkern für die medizinische Diagnostik und bei deren Anwendung im Rahmen der klinischen Diagnostik anfallen, nicht angemessen zu bewältigen. Der Bereich Glykoanalytik basiert auf einem integrierten Konzept, das auf allen Ebenen konsequent Miniaturisierung, Optimierung, Automatisierung und Standardisierung anstrebt.