研究碳水化合物的人一直在努力克服的一個(gè)主要障礙是，可用來破譯糖的作用的工具有限。作為一種變通辦法，大多數(shù)研究人員利用從植物或真菌中分離出來的凝集素(糖結(jié)合蛋白)，但它們體積大，結(jié)合能力弱，并且在特異性和檢測(cè)糖的范圍上受到限制。文章發(fā)表在《ACS Chemical Biology》。Barbara Imperiali教授團(tuán)隊(duì)的研究人員開發(fā)了一個(gè)平臺(tái)來解決這一缺陷。

“碳水化合物聚合物的挑戰(zhàn)在于它們的生物合成不是模板驅(qū)動(dòng)的，”Imperiali說，他是該研究的資深作者，也是化學(xué)系和生物系的教授?！暗鞍踪|(zhì)和核酸的技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展。碳水化合物領(lǐng)域嚴(yán)重落后，正在拼命尋找工具。”

識(shí)別碳水化合物結(jié)合蛋白

生物合成碳水化合物需要一種特定的酶來合成單個(gè)糖分子之間的每一個(gè)鏈接，而且目前還沒有現(xiàn)成的方法來破譯復(fù)雜碳水化合物的結(jié)構(gòu)和序列。碳水化合物的抗體可以產(chǎn)生，但這樣做具有挑戰(zhàn)性，昂貴，并且產(chǎn)生的分子比研究真正需要的要大得多。對(duì)于這個(gè)機(jī)制有限的領(lǐng)域來說，一個(gè)理想的資源是發(fā)現(xiàn)大小有限的結(jié)合蛋白，它可以通過使用這些結(jié)合劑來識(shí)別小塊的碳水化合物，并將其拼湊成一個(gè)結(jié)構(gòu)，或者是檢測(cè)和識(shí)別復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的特定碳水化合物的方法。

這項(xiàng)研究的作者使用定向進(jìn)化和聰明的篩選設(shè)計(jì)，從完全沒有碳水化合物結(jié)合能力的蛋白質(zhì)中識(shí)別出碳水化合物結(jié)合蛋白。他們的發(fā)現(xiàn)為識(shí)別具有多樣化和可編程特異性的碳水化合物結(jié)合蛋白奠定了基礎(chǔ)。

簡(jiǎn)化操作

這一進(jìn)步將使研究人員能夠在不受凝集素作用的限制，或不受產(chǎn)生抗體能力的挑戰(zhàn)的情況下，追蹤用戶定義的糖靶標(biāo)。這些結(jié)果可以啟發(fā)未來與工程界的合作，以最大限度地提高糖生物學(xué)酵母表面顯示管道的效率。事實(shí)上，這種管道對(duì)蛋白質(zhì)很有效，但糖是更困難的目標(biāo)，需要對(duì)管道進(jìn)行修改。

就未來的應(yīng)用而言，這一創(chuàng)新的潛力從診斷到長(zhǎng)期的治療，并為與麻省理工學(xué)院及其他研究人員的合作鋪平了道路。例如，化學(xué)教授Laura Kiessling的研究小組研究結(jié)核分枝桿菌(Mtb)，它具有不同尋常的細(xì)胞壁組成，具有獨(dú)特的、獨(dú)特的和獨(dú)特的糖。使用這種方法，粘合劑可以潛在地發(fā)展到Mtb上的特定功能?；瘜W(xué)工程教授Hadley Sikes開發(fā)了基于紙張的診斷工具，其中確定了特定表位或標(biāo)記的結(jié)合伙伴，并使用這一發(fā)現(xiàn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，可以開發(fā)橫向流動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。

為未來的解決方案奠定基礎(chǔ)

在癌癥中，某些糖在細(xì)胞表面的比例過高，所以理論上，研究人員可以利用這一發(fā)現(xiàn)，這也適用于標(biāo)記，從進(jìn)化的聚糖結(jié)合劑中開發(fā)一種用于檢測(cè)的工具。

這一發(fā)現(xiàn)也為改善細(xì)胞成像做出了重大貢獻(xiàn)。研究人員可以使用簡(jiǎn)單的連接策略用熒光團(tuán)修飾粘合劑，然后可以選擇用于組織或細(xì)胞成像的最佳熒光團(tuán)。例如，Kiessling小組可以使用熒光團(tuán)標(biāo)記的小蛋白質(zhì)粘合劑來檢測(cè)細(xì)菌糖，從而啟動(dòng)熒光激活細(xì)胞分選，以探測(cè)復(fù)雜的微生物混合物。這反過來又可以用來確定病人的微生物群是如何受到干擾的。它也有可能篩選患者口腔或其上或下消化道的微生物群，以使用這些類型的試劑讀出群落內(nèi)的不平衡。在更遙遠(yuǎn)的未來，這種結(jié)合劑可能具有治療目的，例如根據(jù)細(xì)菌顯示的糖來清除胃腸道或口腔中的特定細(xì)菌。