PORTFOLIO

In höheren Lebewesen (Eukaryoten) werden viele Proteine nach der Synthese einer weiteren Bearbeitung, einer „posttranslationalen Modifikation“ unterzogen. Erst nach dieser Bearbeitung sind sie funktionsfähig. Besonders häufig sind kovalente Verknüpfungen von Zuckerarten an Proteine, die Asparagin- oder N-gebundene Glykosylierung. Dagegen findet man in den meisten Bakterien nur wenige posttranslationale Modifikationen. Eine Ausnahme bildet Campylobacter jejuni. In diesem Bakterium konnte die N-gebundene Glykosylierung nachgewiesen werden. Es ist nun gelungen, die Fähigkeit zur posttranslationalen Modifikation von Campylobacter auf Escherichia coli, einem experimentell besonders gut zugänglichen Bakterium, zu transferieren.
Bisher wurden Proteine, die nur nach posttranslationaler Modifikation funktionsfähig sind, mit Hilfe von tierischen, menschlichen oder Hefe-Zellen hergestellt. Die Produktion dieser Proteine, welche vor allem in der Medizin zur Anwendung gelangen, wäre jedoch mittels E. coli wesentlich einfacher und kostengünstiger.
Ziel des Projektes ist es deshalb, E. coli Stämme zu entwickeln, welche verschiedenartige Oligosaccharide auf Proteine übertragen und damit die Herstellung von rekombinanten Glykoproteinen in grossen Mengen und mit geringen Kosten ermöglichen.

Das Projekt ist ein Brückenschlag zwischen der Grundlagenforschung und der direkten biotechnologischen Anwendung konzipiert. Es soll gezeigt werden, dass mit Hilfe des neuartigen Systems gezielt Glykoproteine in E.coli hergestellt werden können. Dieser “proof of principle” erlaubt es, Konzepte für konkrete Anwendungen zu entwerfen.

Unsere Forschungsgruppe konnte zeigen, dass eine Vielzahl verschiedenartiger Oligosaccharid-Strukturen auf Proteine übertragen werden können. Insbesondere wurde der Nachweis erbracht, dass Oligosaccharid-Strukturen, welche normalerweise Bestandteil der LPS-Schicht sind, kovalent an Proteine geknüpft werden können. Damit ergibt sich die Möglichkeit, neuartige Impfstoffe gegen pathogene Bakterien zu entwickeln.

M. Wacker et al.. N-Linked Glycosylation in Campylobacter jejuni and Its Functional Transfer into E. coli. Science 298:1790-1793 (2002).
M. Nita-Lazar et al.. The N-X-S/T consensus sequence is required but not sufficient for bacterial N-linked protein glycosylation. Glycobiology 15(4): 361-367 (2004).
M.F. Feldman et al.. Engineering N-linked protein glycosylation with diverse O antigen lipopolysaccharide structures in Escherichia coli. PNAS 102(8): 3016-3021 (2005).
M. Wacker et al.. Substrate specificity of bacterial oligosaccharyltransferase suggests a common transfer mechanism for the bacterial and eukaryotic systems. Proc Natl Acad Sci USA 103: 7088-7093 (2006).
Alaimo C, Catrein I, Morf L, Marolda CL, Callewaert N, Valvano MA, Feldman MF, Aebi M. Two distinct but interchangeable mechanisms for flipping of lipid-linked oligosaccharides. Embo J 25: 967-976 (2006).
Kowarik M, Numao S, Feldman MF, Schulz BL, Callewaert N, Kiermaier E, Catrein I, Aebi M. N-linked glycosylation of folded proteins by the bacterial oligosaccharyltransferase. Science 314: 1148-1150 (2006).

BIO WORLD, Ein neues Verfahren zur Herstellung von glykosylierten Impfstoffen, 2005