ERC Synergy-beurs voor het ontcijferen van suiker-barcodes voor gezondheid en duurzaamheid
Hermen Overkleeft en zijn collega’s Gideon Davies (Universiteit van York) en Carme Rovira (Universiteit van Barcelona) ontvangen een ERC Synergy Grant ter waarde van 9,1 miljoen euro. Samen zullen zij het Carbocentre Synergy-team vormen voor onderzoek naar enzymen die werken op glycans: complexe koolhydraten. ‘Kennis over deze enzymen kan bijdragen aan betere gezondheidszorg en een duurzamere samenleving.’
Koolhydraten
Koolhydraten behoren tot de grootste en meest diverse klasse van biomoleculen op aarde. Enzymen zijn verantwoordelijk voor de productie, modificatie en afbraak van al deze verschillende koolhydraten. Hoe dat gebeurt, is echter nog niet geheel duidelijk. Om het werk van deze enzymen in beeld te brengen en beter te begrijpen, gaat het Carbocentre Syntergy-team speciale chemische componenten ontwikkelen: activity-based probes (zie kader onderaan).
ERC Synergy
Op 5 november maakte de European Research Council (ERC) de 2020 Synergy Grants bekend. Deze prestigieuze Europese beurzen zijn bedoeld voor wetenschappers van wereldklasse die samenwerken om grote wetenschappelijke uitdagingen aan te gaan.
Barcodes ontcijferen
‘Koolhydraten zijn overal om ons heen’, zegt Hermen Overkleeft, de leider van Carbocentre team. ‘Ze zijn de taal van onze cellen, onze cellulaire barcodes, maar ze zijn ook ongelooflijk complex. Met de activity-based probes kunnen we deze codes van de natuur ontcijferen en deze kennis gebruiken ten behoeve van onze samenleving. Denk aan toepassingen in de gezondheidszorg of duurzame energie. Het is fantastisch om met twee groepen van wereldklasse samen te werken in dit grote project.’
Gezondheid en duurzaamheid
Veel virussen, waaronder Influenza en Covid-19, gebruiken glycans om cellen binnen te dringen en als onderdeel van hun structuur. Ook zijn foutjes in de koolhydraatchemie verantwoordelijk voor allerlei erfelijke ziektes.
Onze samenwerking zal zorgen voor revolutionaire technologieën in de gezondheidszorg om kanker, genetische ziektes en virusinfecties te bestrijden,’ zegt Davies. ‘Maar wellicht ontdekken we ook nieuwe enzymen die biomassa kunnen afbreken, zodat we nieuwe manieren van groene energie kunnen inzetten. Deze ERC subsidie zal de onderzoeksgroepen in Barcelona, Leiden en York in staat stellen om grote maatschappelijke uitdagingen aan te pakken.’
Synergy voor inzicht
Aan de hand van computerberekeningen en de informatie over de werking van enzymen zal het team allerlei verschillende activity-based probes maken. Met deze probes zullen de onderzoekers vervolgens proberen deze enzymen ook daadwerkelijk in levende wezens op te sporen en te isoleren.
‘Onze drie teams hebben een ongelooflijke synergie’, zegt Rovira, die de computerberekeningen zal leiden. ‘Het is prachtig om te zien dat computerberekeningen, chemische structuur en organische chemie samen kunnen komen om tot ingrijpende, biologische inzichten te komen.’
Activity-based probes
Voordat een enzym zijn werk kan doen, moet het binden aan een specifiek substraat. Activity-based probes (ABP’s) zijn kleine, suikerachtige moleculen die als een substraat aan het enzym binden en vervolgens vast blijven zitten. Op deze manier kun je met ABP’s ‘vissen’ naar onbekende enzymen in het lichaam. De structuur van het ABP waaraan zo’n onbekend enzym blijft hangen, zegt iets over de substraatvoorkeur van het enzym. Dit maakt verder onderzoek naar het nieuwe enzym gemakkelijker.
ABP’s worden ook gebruikt voor de diagnose van patiënten met een zeldzame ziekte veroorzaakt door glycan-enzymen. Denk aan de ziekte van Gaucher, een erfelijke ziekte waarbij het enzym lysosomale β-glucosidase afwezig is. Daarnaast kunnen APB’s ook worden gebruikt als remmers van schadelijke enzymen die ziektes veroorzaken.
Verder hebben ABP’s ook toepassingen in de biotechnologie. Met behulp van ABP’s kunnen onderzoekers bij schimmels en bacteriën speuren naar nuttige enzymen die biomassa kunnen omzetten in biobrandstof.