{"id":3659,"date":"2024-10-15T16:09:34","date_gmt":"2024-10-15T14:09:34","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/?p=3659"},"modified":"2024-10-15T16:10:03","modified_gmt":"2024-10-15T14:10:03","slug":"unser-leben-in-zuckerwatte","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/2024\/10\/15\/unser-leben-in-zuckerwatte\/","title":{"rendered":"Unser Leben in Zuckerwatte"},"content":{"rendered":"

Von Isabell Grothaus<\/span><\/em><\/p>\n

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Abbildung 1 – Quelle: Dall-E.<\/span><\/p>\n

Zucker wird in unserem K\u00f6rper nicht nur in Energie umgewandelt, er besch\u00fctzt uns auch vor Krankheiten und Infektionen. Denn nahezu all unsere Zellen sind mit einer <\/strong>dichten <\/strong>Zuckerglasur \u00fcberzogen<\/strong>. Knabbern allerdings Parasiten an den Zuckern herum, kann es f\u00fcr uns gef\u00e4hrlich werden<\/strong>.<\/strong><\/p>\n

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S\u00fc\u00dfe Verf\u00fchrung lauert \u00fcberall: Beim morgendlichen Fr\u00fchst\u00fcck verbirgt sich Zucker in der Marmelade\u00a0und abends lockt er uns in Form von Schokolade. Wer kennt es nicht? Am Ende des Tages \u00e4rgern wir uns \u00fcber die s\u00fc\u00dfen Versuchungen, denen wir erlegen sind. Denn eins ist klar: Zucker gilt als ungesund.<\/p>\n

Aber wie steht es um die Kartoffeln beim Mittagessen? Kaum einer\u00a0denkt dar\u00fcber nach, dass sie chemisch betrachtet, zu etwa 73 % aus Kohlenhydraten\u2013 sprich Zucker\u00a0bestehen. Der Gro\u00dfteil davon ist Glukose, dasselbe Monosaccharid, das auch in unserem Haushaltszucker steckt. Die Frage dr\u00e4ngt sich auf: \u201eWarum schmecken Kartoffeln nicht s\u00fc\u00df, obwohl sie soviel Zucker enthalten?“<\/p>\n

Der subtile, jedoch entscheidende Unterschied, liegt in der Art und Weise, wie Monosaccharide, die fundamentalen Bausteine der Zuckermolek\u00fcle, miteinander verkn\u00fcpft sind.\u00a0Kurze Formen wie Lactose\u00a0bestehen aus wenigen linear verbundenen Monosacchariden und schmecken s\u00fc\u00df. Hingegen ist die St\u00e4rke, die\u00a0den \u00fcberwiegenden Anteil von Zucker in einer Kartoffel ausmacht, ein Molek\u00fcl mit vielen Verzweigungen, das aus weit mehr als 1000 Glukoseeinheiten besteht. Rezeptoren auf unserer Zunge k\u00f6nnen k\u00fcrzere Zuckermolek\u00fcle viel besser erkennen als Gro\u00dfe, was in unserm Gehirn zu dem Signal \u201es\u00fc\u00df\u201c f\u00fchrt.<\/p>\n

Man k\u00f6nnte meinen, Zucker spiele in unserem Leben nur als Nahrungsmittel\u00a0eine Rolle. Dabei ist\u00a0viel spannenderer, dass jede unserer Zellen von Zuckermolek\u00fclen \u00fcberzogen sind, wie kandierte \u00c4pfel auf dem Weihnachtsmarkt. Und wenn zwei Zellen miteinander interagieren, tun sie dies meist \u00fcber ihre Zuckermolek\u00fcle auf der Oberfl\u00e4che, ebenso\u00a0wie kandierte \u00c4pfel aneinanderkleben w\u00fcrden, wenn sie sich ber\u00fchrten. Selbst der Raum zwischen unseren Zellen besteht zu einem gro\u00dfen Teil aus langen Zuckerketten, die\u00a0dem Gewebe die n\u00f6tige Stabilit\u00e4t und Struktur verleihen. Man stelle sich viele kandierte \u00c4pfel in einem Berg aus Zuckerwatte vor.<\/p>\n

Unsere Zelloberfl\u00e4chen sind so gut gezuckert, weil die darin vorkommenden Proteine h\u00e4ufig mit speziellen Zuckermolek\u00fclen,\u00a0N-Glykane\u00a0genannt, \u00fcberzogen sind. Es handelt sich hierbei um eher kleine Molek\u00fcle, bestehend aus 10 bis 20 unterschiedlichen Monosacchariden, die wie ein Baum mit einem Stamm und mehreren verzweigenden \u00c4sten aufgebaut sind. Das Ende des Stammes, dort wo beim Baum die Wurzeln ansetzen, ist mit dem Protein verbunden und die Zweige schwingen wie bei einem Baum im Wind hin und her. Man stelle sich dabei eher eine Weide mit flexiblen jungen \u00c4sten vor, als eine knorrige Eiche.<\/p>\n

Diese zuckers\u00fc\u00dfe Vorstellung hat allerdings einen bitteren Beigeschmack, denn treten Anomalien in den Zuckerketten auf unseren Zellen auf, so als w\u00fcrde sich etwa\u00a0die Farbe oder Struktur der\u00a0Zuckerglasur ver\u00e4ndern, ist das h\u00e4ufig ein Anzeichen f\u00fcr eine Erkrankung oder Infektion. So ist bekannt, dass zum Beispiel Tumorzellen bei Brust-, Darm- oder Hautkrebs auf ihrer Zelloberfl\u00e4che st\u00e4rker verzweigte Zuckermolek\u00fcle mit einem unterschiedlichen\u00a0Aufbau beherbergen, als gesunde K\u00f6rperzellen. Dieser Unterschied f\u00fchrt zu einer ver\u00e4nderten Interaktion mit dem Rest des Gewebes und beg\u00fcnstigt die Ausbreitung von Metastasen.<\/p>\n

Ver\u00e4nderung in der Zuckerglasur werden durch die Zelle selbst hervorgerufen, denn sie stellt mithilfe\u00a0spezieller\u00a0Enzyme, die Monosaccharide miteinander verbinden oder voneinander trennen, im Zellinneren alle N-Glykane Schritt f\u00fcr Schritt selbst her. Tritt ein bestimmtes Enzym, z.B. die alpha-Mannosidase 2,\u00a0durch Ver\u00e4nderungen des Zellstoffwechsels zu h\u00e4ufig in der Zelle auf, kommt es zu einer \u00c4nderung im Muster der Zuckerglasur, wie etwa bei Tumorzellen. Um das Gleichgewicht mit \u201egesunden\u201c N-Glykanstrukturen wiederherzustellen, gilt es, das problematische\u00a0Enzym zu hemmen. Dies kann unter anderem mithilfe von Medikamenten erfolgen, die an das betreffende Enzym anbinden und die Bindung des eigentlichen N-Glykans verhindern. Das ist leichter gesagt als getan, denn,\u00a0dass ein Medikament sich erfolgreich und dauerhaft an nur dieses eine Enzyme bindet, und somit keine Nebenwirkungen hervorruft, ist eine gro\u00dfe Herausforderung. Man muss zun\u00e4chst sowohl die Struktur des\u00a0Enzyms kennen, als auch die Struktur des N-Glykans, wenn es gebunden ist, denn es gilt: Enzyme sind sehr selektiv und k\u00f6nnen nur spezifische 3D-Strukturen binden, etwa wie bei einem Schloss, in das nur der eine Schl\u00fcssel passt.<\/p>\n

Und genau das ist die Herausforderung. Denn wie ein Baum im Wind, kann so ein N-Glykan nicht nur eine 3D-Struktur annehmen, sondern wechselt durch seine Flexibilit\u00e4t zwischen unterschiedlichen Formen hin und her. Diese strukturelle Variabilit\u00e4t l\u00e4sst sich in Laborexperimenten kaum ermitteln, es gelingt nur ein unscharfes Bild, so als w\u00fcrde man einen Baum bei Sturm mit einer Belichtungsdauer von zwei Minuten fotografieren. Was es allerdings br\u00e4uchte, w\u00e4re eine Zeitrafferaufnahme \u00fcber jede einzelne Schwingung eines jeden \u00c4stchens.<\/p>\n

Die L\u00f6sung dieses Problems sind Computersimulationen.\u00a0Sie funktionieren wie ein Film, in dem jedes Atom explizit dargestellt wird und die Bewegungen\u00a0der Zuckermolek\u00fcle \u00fcber die Zeit beobachtet werden k\u00f6nnen. Dabei wird in bestimmten Zeitabst\u00e4nden immer wieder die Struktur des N-Glykans\u00a0ermittelt, indem die Winkel zwischen den einzelnen Monosacchariden im Zuckerbaum berechnet werden. Oftmals ergeben diese Simulationen einen Stapel von \u00fcber 10.000 Fotos, der sortiert werden muss. Daf\u00fcr haben wir eine neue Methode entwickelt, um die unterschiedlichen Zuckerbaumstrukturen auf den einzelnen Fotos,\u00a0basierend auf den gemessenen Winkeln,\u00a0zu klassifizieren und\u00a0gruppieren. Dies gab uns die M\u00f6glichkeit, quantitative Aussagen dar\u00fcber treffen zu k\u00f6nnen, welche 3D-Strukturen ein N-Glykan namens M5G0 annimmt und welche Interaktionen es mit dem Enzym alpha-Mannosidase\u00a02 eingeht.\u00a0Dies sind wegweisende Erkenntnisse \u00fcber die Signifikanz der\u00a0Zuckerstrukturflexibilit\u00e4t in der Medizin und k\u00f6nnen in der Zukunft zur Entwicklung eines Medikamentes gegen Krebs beitragen.<\/p>\n

Die Bewegungen von Zuckermolek\u00fclen auf mikroskopischer Ebene analysieren zu k\u00f6nnen,\u00a0gibt Einblick in viele weitere Prozesse unseres K\u00f6rpers. So kann die Zuckerglasur auf unseren Zellen ebenso durch eindringende Parasiten ver\u00e4ndert werden und zu Erkrankungen wie der Schlafkrankheit, weit verbreitet auf dem afrikanischen Kontinent, f\u00fchren. Einzellige Parasiten gelangen durch\u00a0Bisse der Tsetsefliege in unseren Blutkreislauf. Sie beherbergen auf ihrer Oberfl\u00e4che das Enzym Trans-Sialidase, welches sich an der Zuckerglasur unserer\u00a0roten Blutk\u00f6rperchen zu schaffen macht und bestimmte Monosaccharide abknabbert. Die resultierende Strukturver\u00e4nderung f\u00fchrt letztendlich zu Symptomen wie Blutarmut und kann je nach Art der Infektion auch t\u00f6dlich enden. Wir konnten zeigen, dass auch hier die Flexibilit\u00e4t der N-Glykane, vorkommend auf der Oberfl\u00e4che der Trans-Sialidase, eine wichtige Rolle spielt,\u00a0denn sie beeinflusst die Aktivit\u00e4t des Enzyms, die im direkten Zusammenhang mit der Infektiosit\u00e4t und den Symptomen der Schlafkrankheit steht. Eine Entfernung des regulierenden N-Glykans hat in Laborexperimenten zu einer reduzierten Aktivit\u00e4t der Trans-Sialidase gef\u00fchrt, ein Mechanismus der in der Bek\u00e4mpfung der Schlafkrankheit wegweisend sein k\u00f6nnte.<\/p>\n

Das Feld der Glykobiologie steht noch am Anfang und ist relativ unbekannt, doch macht vor allem die Entwicklung der \u201eBioorthogonalen Chemie\u201c durch Carolyn Bertozzi, Chemie Nobelpreistr\u00e4gerin 2022,\u00a0Hoffnung. Sie hat gezeigt, dass N-Glykane auf Zelloberfl\u00e4chen spezifisch markiert werden k\u00f6nnen und dadurch die M\u00f6glichkeit besteht, in Zukunft Medikamente gerichtet im K\u00f6rper wirken zu lassen. Solange wir uns weiter damit besch\u00e4ftigen, die Geheimnisse des Zuckers in unserem K\u00f6rper zu entschl\u00fcsseln, k\u00f6nnen wir uns im Hinblick auf die n\u00e4chste Tafel Schokolade immerhin darauf berufen, dass wir mit dem aufgenommenen Zucker unseren Zellen durchaus etwas Gutes tun. Wir m\u00fcssen nur aufpassen, dass die Zuckerglasur eine gesunde\u00a0Struktur beibeh\u00e4lt. Also hei\u00dft es am Ende doch leider wieder: Alles nur in Ma\u00dfen.<\/p>\n

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Von Isabell Grothaus Abbildung 1 – Quelle: Dall-E. Zucker wird in unserem K\u00f6rper nicht nur in Energie umgewandelt, er besch\u00fctzt uns auch vor Krankheiten und Infektionen. Denn nahezu all unsere Zellen sind mit einer dichten Zuckerglasur \u00fcberzogen. Knabbern allerdings Parasiten an den Zuckern herum, kann es f\u00fcr uns gef\u00e4hrlich werden.<\/p>\n","protected":false},"author":15849,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_bbp_topic_count":0,"_bbp_reply_count":0,"_bbp_total_topic_count":0,"_bbp_total_reply_count":0,"_bbp_voice_count":0,"_bbp_anonymous_reply_count":0,"_bbp_forum_subforum_count":0,"footnotes":""},"categories":[512672],"tags":[],"class_list":["post-3659","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-schreibwerkstatt","post-preview"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3659","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/15849"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3659"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3659\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3675,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3659\/revisions\/3675"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3659"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3659"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3659"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}