NMR Spektroskopische Zuordnung verschiedener Oligosaccharide

Die NMR Spektroskopie ist die wichtigste Methode, um die Identität einer organischen Verbindung zu bestätigen oder zu ermitteln. Der Praktikant wird mit der zugrundeliegenden Technik, u.a. der supraleitenden Spule auf dem Niveau eines 15-Jährigen vertraut gemacht. Größtes Augenmerk wird der Anwendung dieser Spektroskopie zur Strukturbestätigung gewidmet. Weiterhin wird er die chemischen Grundlagen von Zuckerstrukturen lernen einschließlich Chiralität. Wir konnten kürzlich ein neues Suchwerkzeug entwickeln, welches aus gemessenen (und zugeordneten) NMR Daten und deren Vergleich mit einer Datenbank, Zuckerstrukturen ableitet (Klukowski & Schubert 2018, Bioinformatics, doi: 10.1093/bioinformatics/bty465). Die Arbeit des Praktikanten wird in diese Datenbank einfließen und dadurch werden zukünftige Suchanfragen verbessert. Weiterhin beschäftigen wir uns im Rahmen eines Christian-Doppler-Labors mit der Charakterisierung von Biopharmazeutika, wobei unter anderem ausgeschlossen werden muss, dass immunogene Zuckerstrukturen vorhanden sind. Mit einer kürzlich von uns entwickelten Methode können wir Zuckerepitope auch in größeren Proteinen charakterisieren (Schubert et. al. 2015, Angew. Chemie Int. Ed. 54, 7096-7100), welche aber Referenzdaten von kleinen Zuckereinheiten benötigt. Die Zuckerstrukturen des Praktikums bestehen hauptsächlich aus solchen Epitopen, welche potentiell in Biopharmazeutika Probleme machen könnten. Konkret wird sich der Schüler, der sich sehr für Chemie interessiert, bei der Charakterisierung von verschiedenen Oligosacchariden mittels NMR Spektroskopie helfen. Die Zucker werden vor Ort mit ihm am 600 MHz Spektrometer gemessen und anschließend wird er die erhaltenen zweidimensionalen Spektren unter Anleitung zuordnen. Dabei wird jede beobachtete Resonanzfrequenz genau einem Atom des Moleküls zugeordnet. Dem Praktikanten werden dabei 3D Modelle helfen und er wird die Grundlagen der Zuckerchemie lernen. Die erhaltenen Zuordnungen sind sehr wichtig bei der eindeutigen Identifizierung von bestimmten Zuckerstrukturen. Das Zuordnen der NMR Spektren ist mit dem Lösen eines Sodukos vergleichbar mit dem Nebeneffekt, dass jede Zuordnung unsere Datenbank verbessert. Komplexe Zuckerstrukturen spielen eine zentrale Rolle bei vielen biologischen Prozessen, zum Beispiel bei der Faltung und Qualitätskontrolle von Eiweißen (Proteinen) oder beim ersten Kontakt von Viren oder Bakterien mit einem Wirt. Glycoepitope - kleinere Einheiten von Oligosacchariden - dienen als Schlüssel für viele Rezeptoren (Schloss), aber auch als Landeplattform für Krankheitserreger. Unser Ziel ist es die molekularen Grundlagen solcher Prozesse besser zu verstehen. Im Rahmen Praktikums des Schülers Sebastian Schwap, welches vom FFG gefördert wird, wird durch das generieren zusätzliche Daten unsere Web-Applikation (glyconmrseacrh.nmrhub.eu) verbessert.