Automatisierte Synthese von Polysacchariden aus Algen

Durch Photosynthese wandeln Meeresalgen jedes Jahr Gigatonnen von Kohlendioxid in Kohlenhydrate um. In Form von Algenpolysacchariden bestimmen diese strukturell komplexen Biomoleküle in hohem Maße, wie viel Kohlenstoff in den Ozeanen gespeichert wird. Spezialisierte Meeresbakterien setzen diese Kohlenstoff-Energie frei, indem sie die Polysaccharide durch die Wirkung kohlenhydrataktiver Enzyme (CAZyme) aufspalten und das Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre entlassen. Einige der Polysaccharide werden jedoch nicht schnell recycelt, sondern sinken in die Tiefsee und in die Sedimente, wo sie Kohlenstoff für Jahrtausende speichern können. Um diese Prozesse besser zu verstehen, sind große Anstrengungen zur weiteren Erforschung des marinen Kohlenstoffkreislaufs erforderlich. Die gleichen Fortschritte sind auch wichtig, um aufkommende Bemühungen zu unterstützen, Algenbiomasse als neue nachhaltige Ressource für die Bioökonomie zu nutzen. Die enzymatische Maschinerie, die für den Abbau von Polysacchariden durch Meeresbakterien verantwortlich ist, ist aufgrund der Größe und Heterogenität der Algenpolysaccharide noch weitgehend unerforscht. Reine und definierte Oligosaccharide, die für ein systematisches Screening von marinen CAZymes benötigt werden, sind derzeit nicht verfügbar. Da die herkömmliche chemische Synthese zeitaufwändig und oft nicht allgemein genug ist, zielt ASAP darauf ab, Sammlungen von Oligosacchariden aus verschiedenen Klassen von Algenpolysacchariden zu erhalten, indem die Technologie der automatisierten Glykanassemblierung (AGA) eingesetzt wird. Oligosaccharide mit vielen verschiedenen Sequenzen und Sulfatierungsmustern werden aus einer begrenzten Anzahl von Monosaccharidbausteinen hergestellt. Inkubation der synthetischen Oligosaccharide mit Proben, die kohlenhydratabbauende Aktivität enthalten, und anschließende HPLC-MS-Analyse der Abbauprodukte werden Aufschluss geben über: 1) die kollektiven Enzymaktivitäten bakterieller Gemeinschaften in Meerwasser- und Sedimentproben; 2) die Fähigkeiten einzelner Bakterienstämme, spezifische Polysaccharide abzubauen; 3) die Substratspezifitäten gereinigter CAZymes.