Synthese und Immunchemie von Lipopolysaccharid-Epitopen mit 4-Amino-4-desoxy-L-arabinose

Eine Vielzahl von Gram-negativen Bakterien verfügt über effiziente Abwehrmechanismen gegenüber dem Immunsystem der jeweiligen Wirtsorganismen. Die äußere Membran der bakteriellen Zellwand ist gekennzeichnet durch die Anwesenheit zahlreicher negativ geladener Substituenten in Form von Säure- bzw. Phosphathältigen Kohlenhydratstrukturen. Die Barrierewirkung der Zellmembran wird jedoch insbesondere durch entgegengesetzt (positiv) geladene Eiweißverbindungen (Peptide) des angeborenen Immunsystems überwunden, wogegen sich viele Bakterien wiederum durch Einbau positiv geladener Aminozucker schützen und somit resistent werden. Während die diesem Resistenzmechanismus zugrunde liegende genetische und biosynthetische Basis inzwischen intensiv bearbeitet wird, weiß man noch sehr wenig über die molekularen Details und antigenen Wirkungen dieser zusätzlichen Zuckermodifikationen. Darüber hinaus sind diese Modifikationen auch als potentielle Schaltstellen für den weiteren Aufbau der Zuckerketten und die Anknüpfung weiterer Fettsäuren an die Membrankomponenten beteiligt. Auch die Temperaturanpassung pathogener Bakterien beim Wechsel von Säugetierwirten auf Insekten, wie sie bei den Erregern der Pest stattfindet, korreliert mit dem erhöhten Einbau dieser Zuckerstrukturen. Von besonderer Bedeutung sind diese Membranmodifikationen auch in den pflanzenpathogenen Burkholderien, die landwirtschaftlich zur Reduktion von Schimmelpilzbefall oder zum Abbau von Schadstoffen in Böden genutzt werden, aber in den letzten Jahren zunehmend Bedeutung als Humanpathogene erlangt haben. Die Besiedlung der Lunge mit Burkholderia cepacia führt zum drastischen Verfall der Lungenfunktion und in Form des „Cepacia-Syndroms“ zu einem letalen Verlauf der Infektion. Die Multiresistenz vieler klinischer Isolate gegen die meisten gängigen Antibiotika ist eine weitere Besonderheit von Burkholderien, die selbst im Inneren von Abwehrzellen (Makrophagen) lebensfähig bleiben. Im Rahmen des Projekts sollen durch chemische Synthese komplexe Strukturelemente dieser Membranmodifikationen hergestellt und durch Anbindung an Rinderserumalbumin in immunogene Verbindungen überführt werden. Die geplanten Zuckerstrukturen enthalten neben dem Aminozucker zusätzlich sowohl Säure- als auch Phosphatgruppen, um die wechselseitige Auswirkung auf die räumliche und chemische Interaktion dieser Gruppen zu untersuchen. In gut etablierten internationalen Kooperationen werden die chemisch hergestellten Immunreagentien zur Charakterisierung bestehender Antikörper aber auch zur Erzeugung neuer Antikörperspezifitäten eingesetzt. Die neuen Antikörper sollen in der Folge auch als Werkzeuge zur Untersuchung einzelner Biosyntheseschritte der Membranabschnitte und weiterer Modifikationen dienen. Dabei ist insbesondere eine stabile Zuckersäure interessant, für deren Einbau eine neue enzymatische Aktivität postuliert wird. Darüber hinaus wird auch die Wirkung des Einbaus der Aminozucker auf die Erkennung bzw. Maskierung der weiter außen liegenden Zuckersäuren untersucht werden, wobei hier die Röntgenstrukturanalyse der Cokristalle der Kohlenhydrat-Liganden mit den Antikörperfragmenten zum Einsatz kommen soll.