Glukose dient als primäre Energie- und Kohlenstoffquelle für zahlreiche Mikroorganismen, darunter Bakterien, Hefen und Pilze. Diese Mikroorganismen nehmen Glukose über Transporter auf, die sich auf der extrazellulären Membran befinden, wo sie eine Reihe von biochemischen Reaktionen innerhalb des Glykolyse-Stoffwechselwegs durchläuft, um in Pyruvat1 umgewandelt zu werden. Für die Quantifizierung von reduzierenden Zuckern wie Glukose gibt es verschiedene Techniken. Zum Beispiel könnendas Benedict-Reagenz2, die Verwendung von 3,5-Dinitrosalicylsäure (DNS)3,4, das Anthrona-Verfahren5 oder das Phenol-Schwefelsäure-6-Verfahren angewendet werden. Mit diesen Methoden wird jedoch in der Probe vorhandener reduzierender Zucker wie Fruktose und Maltose nachgewiesen, der zu dem Signal beitragen und die genaue Quantifizierung eines bestimmten Zuckers erschweren kann.
Darüber hinaus erfordern sie eine strenge Temperaturkontrolle und den Umgang mit gefährlichen Substanzen, was den Prozess erschweren und die Genauigkeit beeinträchtigen kann. Diese Methoden können auch durch andere in der Probe vorhandene Verbindungen gestört werden, was eine genaue Glukosequantifizierung erschwert. Umgekehrt bietet die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) eine präzisere Alternative, die die Unterscheidung zwischen Glukose und anderen reduzierenden Zuckern ermöglicht, wenn auch mit höheren Betriebskosten. Diese gegensätzlichen Methoden unterstreichen den anhaltenden Bedarf an der Entwicklung genauer und kostengünstiger Glukosequantifizierungstechniken7.
Bei der Glukoseoxidase-Peroxidase-Schwefelsäure-Methode (GOX-H2SO4) werden zwei Enzyme verwendet, Glukoseoxidase (GOD) und Peroxidase (POD). GOD ist ein Oxidoreduktase-Enzym, das sehr selektiv für die Oxidation von β-D-Glukose8 ist. Dieser Komplex wirkt als Katalysator während der Reaktion, die in Gegenwart von Glukose in Gegenwart von Sauerstoff stattfindet, und produziert Gluconsäure und Wasserstoffperoxid (H2O2). H2O2 wird mittels eines chromogenen Sauerstoffakzeptors, o-Dianisidin, nachgewiesen, der bei Wechselwirkung mit POD dessen Oxidation und H2O2 -Freisetzung bewirkt, wodurch verhindert wird, dass Gluconsäure wieder in Glukose umgewandelt wird (siehe Abbildung 1). Die erhaltene Farbe wird durch Zugabe von Schwefelsäure (H2,SO4) stabilisiert, wodurch auch die enzymatische Reaktion gestoppt wird, wodurch mögliche Interferenzen vermieden werden, die auftreten könnten, wenn die Reaktion fortgesetzt wird9.

Abbildung 1: Überblick über die Glukosequantifizierungsmethode mit dem Enzym Glukoseoxidase, das mit Glukose zu Wasserstoffperoxid (H2O2) und Gluconsäure reagiert. Anschließend reagiert das Peroxidase-Enzym in Gegenwart von O-Dianisidindihydrochlorid mit H2O2. Im letzten Schritt wird Schwefelsäure (H2SO4) zugegeben, um die enzymatische Reaktion zu stoppen, was zu einer rosa Farbe führt, die bei 529 nm gemessen wird. Abkürzungen: POD = Peroxidase; GOD = Glukoseoxidase. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die enzymatische Methode GOX-H2SO4 ist eine Technik, die häufig zur Messung der Glukosekonzentration in biologischen Proben verwendet wird, von denen die meisten von klinischem Interesse sind. Nur wenige Studien haben jedoch eine Technik untersucht, die es ermöglicht, die Menge an Glukose in einem Wachstumsmedium zu quantifizieren, um seinen Verbrauch zu bewerten. Daher wird in dem vorliegenden Protokoll die Methode zur Quantifizierung von Glukose mittels der enzymatischen Reaktion von Glukoseoxidase, Peroxidase, o-Dianisidindihydrochlorid undH2SO4in mikrobiologischen flüssigen Proben vorgestellt, die als Modifikation der von Bergmeyer9 durchgeführten Arbeit unter Verwendung von 50%(v/v)H2SO4und niedrigeren Mengen von Reagenzien entsteht.