Wie Zucker im Schleim Krankheitserreger bremst.

Nicht etwa Zucker, wie wir ihn vielleicht in den Kaffee rühren, sondern komplexe Kohlenhydrate, also mehrgliedrige Ketten aus Zuckermolekülen. Diese sogenannten Glykane sind der Grund, weshalb die Chemikerin und Molekularbiologin Rachel Hevey von der Universität Basel statt Abscheu eine grosse Faszination für Schleim empfindet, dessen Konsistenz sie als «weder fest noch flüssig, sondern irgendwie beides» beschreibt.

Diese Beschaffenheit hat mit Molekülen namens Mucinen zu tun, die Hevey bildlich mit einer Flaschenbürste vergleicht: Der zentrale Schaft besteht aus einer langen Aminosäurenkette. Die Glykane bilden die feinen Bürstenhaare, die sich rechtwinklig zum Stiel in alle Richtungen ausdehnen. «Sie saugen sich mit Wasser voll und formen eine Art Gel. Glykane machen also den Schleim schleimig», sagt Rachel Hevey. Ihre Forschungsgruppe gehört weltweit zu nur wenigen Teams, die komplexe Glykane kontrolliert im Labor herstellen können. Eine wichtige Voraussetzung, um sie gezielt zu erforschen.

Wie Forschende komplexe Zuckermoleküle herstellen

Die Herstellung dieser Moleküle bedeutet knochenharte Arbeit im Labor: «Zuckermoleküle haben zahlreiche identische funktionale Gruppen und können deshalb auf sehr viele verschiedene Arten miteinander reagieren», erklärt die Forscherin. Um sicherzustellen, dass sich die Moleküle ausschliesslich wie gewünscht zusammenlagern, müssen die Forschenden alle anderen funktionalen Gruppen zwischenzeitlich abschirmen. Das führt dazu, dass für die Synthese eines bestimmten Glykans bis zu dreissig verschiedene Reaktionsschritte nötig sind. Das monatelange Tüfteln erfordere zwar viel Geduld und Fingerspitzengefühl, doch: «Jedes Glykan ist wie ein Puzzle. Mir macht es Spass, Moleküle herzustellen, die zuvor noch niemand hergestellt hat», sagt Hevey. Die Arbeit daran wird ihr und ihrem Team nicht so schnell ausgehen, denn es gibt eine riesige Vielfalt von Glykanen.

Oft unterscheiden sie sich nur in kleinen Details. Sie lassen sich deshalb mit gängigen chemischen Methoden nicht wirklich auseinanderhalten. «Über die letzten Jahre hinweg haben wir eine hoch spezialisierte Plattform dafür entwickelt», sagt Hevey. Diese Nischenexpertise versetze ihr Team in eine einmalige Lage. So konnten die Forschenden zum Beispiel zusammen mit einer Gruppe am US-amerikanischen Massachussetts Institute of Technology der Frage nachgehen, inwiefern uns die Moleküle im Sekret unserer Schleimhäute vor Pilzbefall oder vor gefährlichen Keimen wie etwa dem Cholera-Erreger schützen.

Tatsächlich entdeckte das Team, dass das glibberige Gemisch aus verschiedenen Glykanen den Hefepilz Candida albicans dazu bringt, harmlose runde Zellen zu formen, wenn er sich im Schleim einrichtet und dort wächst. Fehlt der Schleim, bildet der Pilz hingegen gefährliche schlauchförmige Fortsätze aus, mit denen er in menschliche Zellen eindringen und sogenannte Candidosen auslösen kann. Hevey und ihre Kolleginnen und Kollegen haben drei spezifische Glykane im Schleim gefunden, die die Entstehung der schlauchförmigen Fortsätze verhindern.

In einer anderen Studie haben die Forschenden weitere Glykane identifiziert, die in der Lage sind, den Cholera-Erreger namens Vibrio cholerae ruhigzustellen. Diese Bakterienart gibt es ebenfalls in einer friedliebenden und in einer aggressiven, krankmachenden Variante, die über zusätzliche Gene verfügt. Zu diesen Genen gehört auch der Bauplan für das Gift, das einen lebensgefährlich starken Durchfall auslösen kann.

Dieser Gift-Bauplan liegt auf einem mobilen Stück Erbgut, einem sogenannten Plasmiden, den die Bakterien vervielfältigen und untereinander austauschen können. Gibt eine Bakterie den Gift-Bauplan weiter, verwandelt sich auch ihre friedliebende Nachbarin in die krankmachende Variante. Doch einige der im Schleim enthaltenen Glykane verhindern genau diese Umwandlung, wie die Forschenden um Hevey nachgewiesen haben.