Sa pamamagitan ng molekuul_be / shutterstock.com

Kapag sa tingin mo ng asukal, marahil ay iniisip mo ang matamis, puti, kristal na asukal sa mesa na ginagamit mo upang gumawa ng mga cookies o pinatamis ang iyong kape. Ngunit alam mo ba na sa loob ng aming katawan, ang simpleng mga molecule ng asukal ay maaaring magkasama upang lumikha ng mga makapangyarihang mga istruktura na kamakailan ay natagpuan na maiugnay sa mga problema sa kalusugan, kabilang ang kanser, aging at autoimmune disease.

Ayon sa National Academy of Sciences, ang paglikha ng isang mapa ng kanilang lokasyon at istraktura ay dalhin tayo sa isang bagong panahon ng makabagong gamot. Ito ay dahil ang tao glycome - ang buong koleksyon ng mga sugars sa loob ng aming katawan - mga bahay pa-upang-natuklasan glycans na may potensyal na aid physicians sa diagnosing at pagpapagamot ng kanilang mga pasyente.

Dahil sa pandaigdigang pansin na nakuha ng 2003 pagkumpleto ng Human Genome Project, karamihan sa mga tao ay nakarinig tungkol sa DNA, genomics at kahit proteomics - ang pag-aaral ng mga protina. Ngunit ang pag-aaral ng mga glycans, na kilala rin bilang glycomics, ay tungkol sa 20 taon sa likod ng iba pang mga patlang. Ang isang dahilan para sa pagkaantala na ito ay ang mga siyentipiko ay hindi nakagawa ng mga tool upang mabilis na makilala ang mga istraktura ng glycan at ang kanilang mga attachment site sa mga selula ng mga tao. Ang "amerikana ng asukal" ay tila isang misteryo.

Hanggang ngayon, iyon ay.

Habang ang karamihan sa mga laboratoryo ay nakatuon sa cellular o molekular na pananaliksik, ang aming laboratoryo ay nakatuon sa pagbuo ng teknolohiya upang mabilis na makilala ang mga istraktura ng glycan at ang kanilang mga attachment site. Ang aming sukdulang layunin ay upang i-catalog ang daan-daang libo ng mga sugars at ang kanilang mga lokasyon sa iba't ibang mga uri ng cell, at pagkatapos ay upang gamitin ang impormasyong ito upang maiangkop ang mga medikal na therapies sa bawat indibidwal.

Bakit mahalaga ang tungkol sa mga glycano?

Sa hinaharap, malamang na ang pag-aaral ng mga glycans ng isang indibidwal ay gagamitin upang mahulaan ang aming panganib para sa pagbubuo ng mga sakit na tulad nito rheumatoid sakit sa buto, kanser o kahit na mga allergy sa Pagkain. Ito ay dahil ang mga pagbabago sa glycome ay maaaring partikular na nakatali sa partikular na mga estado ng sakit. Gayundin, tulad ng mga biological na proseso pag-iipon ay naka-link sa pamamaga sa aming glycome. Ito ay nananatiling masuri kung ang pag-reverse ng mga pagbabagong ito ay makatutulong upang maiwasan ang sakit, o maging mabagal ang pag-iipon - isang nakakaintriga na posibilidad.

Kasama ng DNA, protina, at taba, ang mga glycano ay isa sa apat na pangunahing macromolecules na mahalaga sa buhay. Sa apat na ito, ang mga glycano ang pangwakas na mga arbitero kung paano kumilos ang ating mga cell.

Ang DNA ay nag-iisa kung ano ang hitsura natin, ang ating kakayahang mag-isip at kumilos, at kahit na tinutukoy ang mga sakit na kung saan tayo ay pinaka-madaling kapitan. Sa loob ng aming DNA ay maikli ang mga segment, mga gene, na kadalasang naglalaman ng mga tagubilin kung paano i-synthesize ang mga protina. Ang mga protina naman ay ang mga "workhorses" ng cell, na ginagawa ang maraming mga function na kinakailangan para sa buhay.

Gayunpaman, kung gaano kadalas ang protina ng isang protina ay depende sa kung anong glycans ang naka-attach dito. Sa ibang salita, ang mga molecule ng asukal ay maaaring makaapekto sa kung gaano ang ginagawa ng ating mga protina, at kahit paano tumugon ang ating mga selula sa stimuli. Halimbawa, kung magbago ka ng ilang glycans sa labas ng isang cell, maaari itong ma-trigger ang cell na lumipat sa ibang lokasyon sa aming katawan.

Ang pangunahing trabaho ng mga glycano ay baguhin ang mga protina at taba na umupo sa ibabaw ng ating mga selula. Magkasama, gumawa sila ng makapal na amerikana sa paligid ng selula. Kung isinasaalang-alang natin ang ibabaw ng cell upang maging lupa, ang mga glycano ay magiging kahanga-hangang magkakaibang buhay ng halaman at mga dahon na lumalaki at nagdadala ng kulay at pagkakakilanlan sa selula. Sa katunayan, kung nakikita mo ang isang cell gamit ang iyong mata, magiging malabo ito. Larawan ng isang melokoton na may 10 beses na mas malabo.

Ang bawat solong cell sa katawan ng tao ay sakop ng isang koleksyon ng mga glycans na binuo gamit ang iba't ibang mga simpleng sugars tulad ng glucose, mannose, galactose, sialic acid, glucosamine at fructose bilang mga bloke ng gusali. Sa pamamagitan ng sensing ang uri ng asukal na amerikana kasalukuyan, ang aming mga immune cells ay maaaring makilala ang iba pang mga cell bilang kaibigan o kaaway. Ito ay dahil ang mga bakterya ay may sugars sa kanilang mga ibabaw na hindi kailanman makikita sa mga selula ng tao - ang sugars ng pathogen ay natutuya ng immune system at nagpapakilala sa bakterya bilang 'dayuhan.' Emanual Maverakis, CC BY-SA

Tinutukoy ng mga Glycano ang ating sariling mga selula at kilalanin ang mga ito bilang 'sarili'

Ang kalokohan sa paligid ng isang cell ay ang glycan coat nito. Sa labas ng aming mga selula, ang mga glycano ang unang punto ng pakikipag-ugnay para sa karamihan ng mga pakikipag-ugnayan ng cellular at sa gayon ay nakakaimpluwensya kung paano nakikipag-usap ang aming mga cell sa isa't isa. Maaari mo ring isipin ang mga glycano bilang isang natatanging cellular "barcode." Kung gayon, ang fuzz ng isang selula ng bato ay magiging iba mula sa isang kalokohan ng immune cell. Ngunit mayroon ding mga pagkakatulad. Sa katunayan, ang mga immune cell na sumisiyasat sa ating katawan na naghahanap ng mga pathogens ay hindi alam ang pag-atake sa sarili nating selulang "sarili" dahil sa karaniwang mga tampok sa glycan "barcode" na ibinabahagi ng lahat ng mga selula ng ating katawan.

Sa kaibahan, tulad ng bakterya at parasito malarya may iba't ibang "coats ng asukal" na hindi nakikita sa mga selula ng tao. Kapag ang mga sugat sa bacterial ay na-tag bilang "dayuhan," tinutukoy ng sistemang immune ng isang tao ang bacterium para sa pagkawasak. Gayunpaman, ang ilang mga nakakapinsalang bacterial pathogens tulad ng grupo B streptococcus, na karaniwang nagiging sanhi ng malubhang mga impeksyon sa mga sanggol, ay maaaring maiwasan ang immune detection sa pamamagitan ng nagpapanggap na mga selula ng tao sa pamamagitan ng pagdadala ng mga katulad na glycano bilang isang panlilinlang - tulad ng lobo na bihis sa sheepskin.

Sa kasamaang palad ang ilang mga pathogens ay magagawang gamitin ang aming mga glycano upang tulungan silang maging sanhi ng sakit. Nakamamatay na mga virus tulad ng HIV at Ebola ay umunlad upang makuha ang mga tiyak na glycans na kung saan sila pagkatapos ay "lock" papunta sa bilang sila makahawa sa aming mga cell ng tao. Ang mga therapies na humaharang sa mga virus na ito sa pakikipag-ugnay sa aming mga glycano, o ang mga glycano na may partikular na virus na pag-atake ay maaaring isang bagong paraan upang maprotektahan ang mga impeksyon.

Ang mga sugars sa ating mga selula at sa mga selulang bakterya ay itinuturing na kaibigan o kaaway. Emanual Maverakis, CC BY-SA

Bagong pananaliksik ay nagpakita rin na ang mga glycano ay may malaking papel sa pagpapaunlad ng mga sakit tulad ng autoimmune rheumatoid sakit sa buto at autoimmune pancreatitis. Ito ay hindi nakakagulat dahil ang mga glycano ay direktang nakakaimpluwensya sa pag-andar ng mga immune cell.

Karaniwan, ang ating mga immune cell ay kumilos bilang "sistema ng pagtatanggol" ng ating katawan, at kilalanin at sirain ang mga dayuhang manlulupig tulad ng mga mapanganib na bakterya o mga virus. Ngunit kapag nagkamali ang katawan ng aming mga selula bilang kaaway at naglulunsad ng panloob na pag-atake sa sarili, ang autoimmunity ay ipinanganak. Kapansin-pansin, sa gayong mga pagkakataon, ito ay ang mga glycans na naroroon sa malaswang pag-atake na antibodies na magdikta sa lakas ng pag-atake sa katawan. Ang abnormal na tugon sa immune ay maaaring ituro sa mga glycano. Halimbawa, maaaring malimutan ng sistemang immune ang "sarili" na mga glycano na parang mga "banyagang" molekula. Ang aming koponan sa pananaliksik kamakailan lamang lathala na ipinakilala ang teorya ng glycan ng autoimmunity, na nagpapaliwanag ng ilan sa mga relasyon na ito.

Ang mga Glycano sa ating pagkain ay maaaring magpalitaw ng mga tugon sa immune

Nagkaroon ng maraming mga pag-aaral na nag-uugnay sa pagkonsumo ng pulang karne na may mga sakit tulad ng atherosclerosis at diyabetis, ngunit hindi pa nila maipakita kung bakit o kung paano ito nangyayari kamakailan. Isang nakakaintriga na pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang salarin ay isang asukal na may mabigat na pangalan, non-sialic N-glycolylneuraminic acid, o Neu5Gc para sa maikli. Neu5Gc ay matatagpuan sa lahat ng mga mammals maliban sa mga tao, dahil ang unang tao na maaaring gumawa Neu5Gc namatay mula sa isang sinaunang malarya na parasito.

Gayunpaman, bagaman wala na tayong kakayahang gumawa ng Neu5Gc, ang ating mga katawan ay may kakayahang isama ito sa mga glycano sa ating mga selula kung makuha natin ito sa pamamagitan ng pagkain ng pulang karne. Sa sandaling ito ay magiging bahagi ng aming mga selula ng glycan, ang aming mga selula ay magkakaroon ng "banyagang" substansiya - Neu5Gc - na nakapalibot sa kanila. Maaari itong mag-trigger ng pamamaga sa buong katawan dahil kinikilala ng aming immune system ang Neu5Gc bilang "banyagang" at inaatake ito. Ang matagal na pamamaga na dulot ng mga panloob na pag-atake ay maaaring humantong sa atake sa puso, stroke at kahit na kanser.

Ang aming mga katawan ay nag-synthesize ng libu-libong mga natatanging mga glycans, madalas na may mga branching na istraktura na nabuo mula sa simpleng mga bloke ng gusali ng asukal. Ang mga protina o taba ay maaari ding mabago sa dose-dosenang mga natatanging glycans. Ang mga hindi mabilang na kumbinasyon ay gumagawa ng paggawa ng mga glycano ng mahirap na gawain dahil kailangan natin ng isang praktikal at mahusay na paraan upang pag-aralan ang daan-daang libo ng mga pattern ng glycan.

Ang aming koponan sa pananaliksik ay ngayon ay bumuo ng mga pamamaraan upang mabilis at matatag na subaybayan ang tao glycome. Sa pamamagitan ng pag-capitalize sa mga pagsulong sa engineering at mga pagpapabuti sa pagpoproseso ng sample, ang aming pamamaraan ay maaaring subaybayan ang libu-libong glycans nang sabay-sabay, na nagpapahintulot sa amin na makilala ang mga glycans sa mga selula mula sa mga malusog na kontrol at mga pasyente na may iba't ibang iba't ibang mga sakit. Ang aming layunin ay upang gamitin ang data na ito upang bumuo ng mga predictive na mga modelo upang matulungan ang mga doktor na magpatingin sa doktor at gamutin ang lahat ng sakit ng tao. Naniniwala kami na ang isang bagong alon ng mga medikal na advancements ay darating habang ina-unlock namin ang "code ng asukal."

Tungkol sa Ang May-akda

Emanual Maverakis, Associate Professor- Mga Kagawaran ng Medical Microbiology & Immunology at Dermatology | Miyembro- Mga Pagkain Para sa Health Institute | Miyembro- Comprehensive Cancer Center | Direktor- Autoimmunity | Direktor- Core ng Pagsubaybay sa Imunidad, University of California, Davis; Carlito Lebrilla, Distinguished Professor of Chemistry, University of California, Davis, at Jenny Wang, Klinikal Research Fellow, University of California, Davis | Medikal na Estudyante, Albert Einstein College of Medicine, Yeshiva University

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay na Libro:

at InnerSelf Market at Amazon