‘We willen wetenschap democratiseren, zodat iedereen oligosacharides kan maken, en niet alleen ik’, stelt Geert-Jan Boons, hoogleraar biologische chemie aan de Universiteit Utrecht en tevens verbonden aan de University of Georgia in de VS. Onlangs wist hij de synthese van N-glycanen zo te vereenvoudigen dat zelfs een labrobot het kan. Het belooft betaalbare arrays met een assortiment van die sterk vertakte suikerketens, waarmee cellen en virussen hun oppervlak garneren.

Miljoenen combinaties

Met glycanen zou je ook ‘interactomen’ kunnen samen­stellen, die aangeven welk glycaan past op welk passerend eiwit. En goed gedefinieerde glycanen zijn tevens nuttig als analytische standaard voor massaspectrometrie. Weten welk structuur­element correspondeert met welke MS-pieken, zou een hele vooruitgang zijn.

In zijn werkkamer in Utrecht legt Boons uit dat zoogdieren tien verschillende monosacharides verwerken in hun glycanen. Elke suiker kan op meerdere plekken een volgende bouwsteen binden, of twee tegelijk zodat je een vertakte keten krijgt. Stereo­chemie maakt de structurele variëteit nog groter. ‘Er zijn miljoenen combinaties mogelijk en er is nog geen gestandaardiseerde methodologie om die chemisch te synthetiseren. Voor elke structuur moet je het wiel opnieuw uitvinden’, stelt Boons. ‘De synthese van twee complexe glycanen kan een promotieproject vullen.’

‘Voor elke structuur moet je het wiel opnieuw uitvinden’

De natuur gebruikt gespecialiseerde glycosyltransferase-enzymen die elk een ander glycaan-uiteinde herkennen, en dat verlengen met bepaalde suikerbouwstenen. Dat je met recombinant DNA-technologie die enzymen kunt namaken, maakt glycaansynthese veel eenvoudiger. Maar om iets te verlengen, heb je een beginnetje nodig en de chemische synthese dáárvan, in zo’n honderd stappen, kost alsnog een halfjaar.

In Nature Chemistry gaf Boons een slimme oplossing. ‘Eigeel bevat een glycopeptide dat een kort glycaan draagt met twee verschillende armen. Die voorzien we elk van een extra vertakking die we tijdelijk chemisch kunnen deactiveren. Enzymen die een volgende bouwsteen aandragen, passen dan even niet.’ Zo krijg je vier uiteindes die je afzonderlijk kunt verlengen; zelfs een complex glycaan is dan na twee weken af.

Catch and release

Een complete glycanenarray is zo relatief snel te maken, maar saai is het wel. Vandaar dat Boons en zijn Amerikaanse groep het hebben geautomatiseerd. Ze gebruiken een modulaire labrobot van het Zwitserse ChemSpeed, aangepast en uitgebreid met zaken als een pH-meetmodule (zie foto). Boons wil nog een HPLC-module toevoegen die na elke reactiestap de zuiverheid controleert.

De glycanen-in-wording koppelen aan een vaste drager, die zo’n robot makkelijk kan hanteren, was de eerste voorwaarde. ‘Maar enzymen kunnen moeilijk bij moleculen die deels in poriën zitten. De eerste poging mislukte helemaal’, vertelt Boons. ‘Vandaar ons idee van catch and release, waarbij je wisselt tussen wassen op de drager en enzymreacties in oplossing. Met als aanvullende voorwaarde dat je geen onhandige indampingsstap wilt, en ook geen condities die veranderen naarmate de glycanen langer worden.’

Een tweede Nature Chemistry-publicatie laat zien dat dit kan door de glycanen te voorzien van tags met twee sulfonaatgroepen, die zich hechten aan een commerciële anionenwisselaarhars. ‘Met een beetje ammoniumcarbonaat kun je wassen, een hoger gehalte verdringt sulfonaat zodat de tags vrij komen. Met azijnzuur creëer je daarna een buffer waarin glycosyltransferases meer dan happy zijn.’

‘Aan die enzymen hebben de National Institutes of Health meebetaald, die kun je tegen kostprijs bestellen. Zelf hebben we ook geen octrooi aangevraagd, omdat we vinden dat het veld deze technologie moet kunnen oppakken’, besluit de hoogleraar. Waarvan akte.