Kontakt: ao.Prof. DI Dr. Christina Schäffer Keywords: Carbodydrate engineering Thema:
 Die häufigste in der Natur vorkommende Modifikation von S-Schichtproteinen ist die Glykosylierung. Die Veränderung des jeweiligen Glykosylierungsmusters durch “Carbohydrate Engineering” und die dabei entstehenden S-Schicht-Neoglykoproteine eröffnen eine weitere Dimension in der S-Schicht-Nanobiotechnologie – dies umso mehr, als mehr als zwei Drittel aller biologisch aktiven Proteine Glykoproteine sind. Die Arbeitsgruppe “Nanoglykobiologie” beschäftigt sich mit den molekularen, genetischen und gen-regulatorischen Details der Glykosylierung von S-Schichtproteinen. Damit wird die Basis für das Design neuer Kohlenhydratmotive an S-Schichtproteinen geschaffen, die mit homologen und heterologen, mit bakteriellen und eukaryotischen Systemen realisiert werden sollen. Die Forschungsansätze beruhen sowohl auf der gezielten Veränderung der S-Schicht-Glykoproteine durch Protein- und “Carbohydrate Engineering” als auch auf deren Fähigkeit zur Selbstassemblierung. Dabei verfolgt die in vivo-Forschungsrichtung die Präsentation von Epitopen (z.B. Immunogenen) in hoher Dichte und mit Nanometer-Präzision in homologen bakteriellen Systemen. Die in vitro-Forschungsrichtung umfasst die Präsentation auf heterologen Trägern wie Liposomen, die Herstellung von Nanoarray-Assays mit einstufigen Reaktions-Detektions-Systemen zur Quantifizierung von Analyten und molekularen Interaktionen sowie die Produktion von Enzym-Nanoarrays. Der Einsatz dieser supramolekularen Strukturen als innovative Werkzeuge ist in der Nanobiotechnologie, Biomedizin und Lebensmittel-Technologie denkbar. Konkrete Anwendungsbereiche maßgeschneiderter Neoglykoproteine sind Rezeptormimik, Vakzine-Entwicklung, gezielte Freisetzung pharmazeutischer Wirkstoffe und Glykan-Nanoarrays. Die Praxisrelevanz der Forschungsrichtung Nanoglykobiologie kann eindeutig daraus abgeleitet werden, daß bei der Pathogenese von bakteriellen Krankheiten vermehrt glykosylierte Zelloberflächenmoleküle identifiziert werden. Die biomedizinische Forschung der letzten Jahre hat außerdem ergeben, daß insbesondere Kohlenhydrate ein enormes Potential als Zielstrukturen für die Wirkstoffentwicklung darstellen. Vor diesem Hintergrund ist die aktuelle Forschung an dem parodontalpathogenen Mikroorganismus Tannerella forsythia zu sehen, dessen glykosylierte S-Schicht ein Virulenzfaktor ist. Publikationen (ausgewählt):

  1. Sekot, G., Posch, G., Messner, P., Matejka, M., Rausch-Fan, X., Andrukhov, O., Schäffer, C. 2011. Potential of the Tannerella forsythia S-layer to delay the immune response. J. Dent. Res. 90, 109-114.
  2. Ristl, R., Steiner, K., Zarschler, K., Zayni, S., Messner, P., Schäffer, C. 2011. The S-layer glycome - adding to the sugar coat of bacteria. Int. J. Microbiol. 2011:127870.
  3. Zarschler, K., Janesch, B. Kainz, B., Ristl, R., Messner, P., Schäffer, C. 2010. Cell surface display of chimeric glycoproteins via the S-layer of Paenibacillus alvei. Carbohydr. Res. 345, 1422-1431.
  4. Zarschler, K., Janesch, B., Pabst, M., Altmann, F., Messner, P., Schäffer, C. 2010. Protein tyrosine O-glycosylation - a rather unexplored prokaryotic glycosylation system. Glycobiology 20, 787-798.
  5. Steiner, K., Hagelueken, G., Messner, P., Schäffer, C., Naismith, J.H. 2010. Structural basis of substrate binding in WsaF, a rhamnosyltransferase from Geobacillus stearothermophilus. J. Mol. Biol. 397, 436-447.
  6. Zarschler, K., Janesch, B., Zayni, S., Schäffer, C., Messner, P. 2009. Construction of a gene knockout system for application in Paenibacillus alvei CCM 2051T, exemplified by the S-layer glycan biosynthesis initiation enzyme WsfP. Appl. Environ. Microbiol. 75, 3077-3085.
  7. Thoden, J.B., Cook, P.D., Schäffer, C., Messner, P., Holden, H.M. 2009. Structural and functional studies of QdtC: an N-acetyltransferase required for the biosynthesis of dTDP-3-acetamido-3,6-dideoxy-alpha-D-glucose. Biochemistry 48, 2699-2709.
  8. Thoden, J.B., Schäffer, C., Messner, P., Holden, H.M. 2009. Structural analysis of QdtB, an aminotransferase required for the biosynthesis of dTDP-3-acetamido-3,6-dideoxy-alpha-D-glucose. Biochemistry 48, 1553-1561.
  9. Steiner, K., Hanreich, A., Kainz, B., Hitchen, P.G., Dell, A., Messner, P., Schäffer, C. 2008. Recombinant glycans on an S-layer self-assembly protein: a new dimension for nanopatterned biomaterials. Small 4, 1728-1740.
  10. Steiner, K., Novotny, R., Werz, D.B., Zarschler, K., Seeberger, P.H., Hofinger, A., Kosma, P., Schäffer, C., Messner, P. 2008. Molecular basis of S-layer glycoprotein glycan biosynthesis in Geobacillus stearothermophilus. J. Biol. Chem. 283, 21120-21133.
  11. Novotny, R., Berger, H., Schinko, T., Messner, P., Schäffer, C., Strauss, J. 2008. A temperature-sensitive expression system based on the G. stearothermophilus sgsE S-layer gene promoter. Biotechnol. Appl. Biochem. 49, 35-40.
  12. Schäffer, C., Novotny, R., Küpcü, S., Zayni, S., Scheberl, A., Friedmann, J., Sleytr, U.B., Messner, P. 2007. Novel types of biocatalysts based on the S-layer self-assembly system from Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a, exemplified with the glucose-1-phosphate thymidylyltransferase RmlA: a nanobiotechnological approach. Small 3, 1549-1559.
  13. Steiner, K., Novotny, R., Patel, K., Vinogradov, E., Whitfield, C., Valvano, M. A., Messner, P., Schäffer, C. 2007. Functional characterization of the initiation enzyme of S-layer glycoprotein glycan biosynthesis in Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a. J. Bacteriol. 189, 2590-2598.
  14. Zayni, S., Steiner, K., Pfoestl, A., Hofinger, A., Kosma, P., Schäffer, C., Messner, P. 2007. The dTDP-4-dehydro-6-deoxyglucose reductase encoding fcd gene is part of the surface layer glycoprotein glycosylation gene cluster of Geobacillus tepidamans GS5-97T. Glycobiology 17, 433-443.
  15. Steiner, K., Pohlentz, G., Dreisewerd, K., Berkenkamp, S., Messner, P., Peter-Katalinić, J. Schäffer, C. 2006. New insights into the glycosylation of the surface layer protein SgsE from Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a. J. Bacteriol. 188, 7914-7921. 

Kooperationen:
 Fördergeber: FWF - Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung, Wien