Kas yra žmogaus glyvas? Kaip mokslininkai atrakino cukraus kodeksą

Kai galvojate apie cukrų, jūs tikriausiai galvojate apie saldų, baltą, kristalinį stalo cukrų, kurį naudojate, kad gamintumėte slapukus ar saldintumėte kavą. Bet ar žinojote, kad mūsų kūno viduje paprastos cukraus molekulės gali būti sujungtos, kad sukurtų galingas struktūras, kurios neseniai buvo susietos su sveikatos problemomis, įskaitant vėžį, senėjimą ir autoimunines ligas.

Šios ilgos cukraus grandinės, kurios padengia kiekvieną iš mūsų ląstelių, vadinamos glikanais, o pagal Nacionalinę mokslų akademiją, kurdami savo vietos ir struktūros žemėlapį, bus pradėta naujoji šiuolaikinės medicinos era. Taip yra todėl, kad žmogaus gliukozė - visa mūsų organizme esančių cukrų kolekcija - turi dar neištirtų glikanų, galinčių padėti gydytojams diagnozuoti ir gydyti savo pacientus.

Dėl pasaulinio dėmesio, kurį gavo 2003 m. Užbaigtas Žmogaus genomo projektas, dauguma žmonių girdėjo apie DNR, genomiką ir net proteomiką - baltymų tyrimą. Tačiau glikanų tyrimas, taip pat žinomas kaip glikomika, yra maždaug 20 metų už kitų sričių. Viena iš šių priežasčių yra ta, kad mokslininkai nenustatė priemonių, leidžiančių greitai nustatyti gliukano struktūras ir jų prijungimo vietas žmonių ląstelėse. „Cukraus sluoksnis“ buvo šiek tiek paslaptis.

Iki šiol tai yra.

Nors daugelis laboratorijų daugiausia dėmesio skiria ląstelių ar molekuliniams tyrimams, mūsų laboratorija siekia plėtoti technologiją, kuri greitai apibūdintų gliukano struktūras ir jų prijungimo vietas. Mūsų pagrindinis tikslas yra kataloguoti šimtus tūkstančių cukrų ir jų vietą įvairiuose ląstelių tipuose, o tada panaudoti šią informaciją, kad medicinos terapija būtų pritaikyta kiekvienam asmeniui.

Taip pat gali patikti šis vaizdo įrašas Inversinis:

Kodėl mes rūpinamės glikanais?

Ateityje tikėtina, kad asmens glikanų analizė bus naudojama prognozuojant mūsų riziką susirgti tokiomis ligomis kaip reumatoidinis artritas, vėžys ar netgi alergijos maisto produktams. Taip yra todėl, kad gliukozės pakeitimai gali būti specialiai susieti su konkrečiomis ligos būsenomis. Be to, mūsų gliukozės biologiniai procesai, tokie kaip senėjimas, yra susiję su uždegimu. Tai dar reikia išbandyti, jei šių pokyčių atšaukimas gali padėti išvengti ligų arba netgi lėtai senstant - intriguojanti galimybė.

Kartu su DNR, baltymų ir riebalų glikanai yra viena iš keturių pagrindinių gyvybei būtinų makromolekulių. Iš šių keturių glikanų yra galutinis mūsų ląstelių elgesio sprendimas.

DNR orkestruoja tai, ką mes atrodome, mūsų gebėjimą mąstyti ir elgtis, ir netgi lemiame ligas, kurioms mes esame labiausiai jautrūs. Mūsų DNR yra trumpi segmentai, genai, kuriuose dažnai pateikiamos baltymų sintezės instrukcijos. Baltymai savo ruožtu yra ląstelės „darbiniai žirgai“, atliekantys daugelį gyvybei būtinų funkcijų.

Tačiau baltymų elgesys dažnai priklauso nuo to, kokie glikanai yra prijungti prie jo. Kitaip tariant, šios cukraus molekulės gali labai paveikti mūsų baltymų darbą ir netgi, kaip mūsų ląstelės reaguoja į stimulus. Pvz., Jei pakeisite kelis glikanus ląstelės išorėje, tai gali sukelti tą langelį migruoti į kitą vietą kūno vietoje.

Pagrindinis glikanų uždavinys yra modifikuoti baltymus ir riebalus, kurie sėdi ant mūsų ląstelių paviršiaus. Kartu jie sukuria storą cukraus sluoksnį aplink ląstelę. Jei mes manome, kad ląstelės paviršius yra dirvožemis, tada glikanai būtų nuostabiai įvairus augalinis gyvenimas ir žalumynai, sudygstantys, o spalva ir tapatybė taptų ląstelė. Tiesą sakant, jei galėtumėte matyti savo plika akimi ląstelę, atrodytų labai miglotas. Nuotrauka persikų su 10 kartų daugiau fuzz.

Glicanai Pažymėkite savo ląsteles ir juos identifikuokite kaip „Savęs“

Fuksas aplink ląstelę yra jo glikano sluoksnis. Glikanai yra mūsų ląstelių išorėje, todėl jie yra pirmasis kontaktinis taškas daugeliui ląstelių sąveikų ir taip daro įtaką mūsų ląstelių tarpusavio ryšiui. Taip pat galite galvoti apie glikanus kaip unikalų korinio „brūkšninį kodą“. Taigi, inkstų ląstelių fuzz išvaizda skirsis nuo imuninės ląstelės fuzz. Tačiau yra ir panašumų. Tiesą sakant, imuninės ląstelės, kurios tyrinėja mūsų kūną, ieško patogenų, nežino savo pačių „ląstelių“, nes yra bendrų glikano „brūkšninio kodo“ savybių, kurias dalijasi visos mūsų kūno ląstelės.

Priešingai, bakterijos ir parazitai, pvz., Maliarija, turi skirtingus „cukraus sluoksnius“, kurie žmogaus ląstelėse nematomi. Kai bakteriniai cukrūs yra pažymėti kaip „svetimi“, žmogaus imuninė sistema nukreipia bakteriją sunaikinti. Tačiau kai kurie kenksmingi bakteriniai patogenai, tokie kaip B grupės streptokokai, kurie paprastai sukelia sunkias kūdikių infekcijas, gali išvengti imuniteto aptikimo, paskatindami žmogaus ląsteles, nes panašūs glikanai yra kaip užmaskai - kaip vilkas, apsirengęs avikailiu.

Deja, kai kurie patogenai taip pat gali naudoti mūsų glikanus, kad padėtų jiems susirgti. Mirtini virusai, tokie kaip ŽIV ir Ebola, išsivystė, kad pasiimtų tam tikrus glikanus, kuriuos jie „užrakina“, kai jie užkrečia žmogaus ląsteles. Terapijos, kurios blokuoja šiuos virusus nuo sąveikos su mūsų glikanais, arba kurie atakuoja virusui būdingus glikanus, gali būti naujas būdas gydyti šias infekcijas.

Nauji tyrimai taip pat parodė, kad glikanai vaidina didžiulį vaidmenį vystant autoimunines ligas, tokias kaip reumatoidinis artritas ir autoimuninė pankreatitas. Tai nenuostabu, nes glikanai tiesiogiai veikia imuninių ląstelių funkciją.

Paprastai mūsų imuninės ląstelės veikia kaip mūsų organizmo „gynybos sistema“ ir atpažįsta bei sunaikina užsienio užpuolėjus, tokius kaip kenksmingos bakterijos ar virusai. Bet kai kūnas klaidingai žymi savo ląsteles kaip priešą ir pradeda vidinį ataką prieš save, gimsta autoimunija. Įdomu tai, kad tokiais atvejais glikanai yra ant netinkamo savarankiškai atakuojančių antikūnų, kurie diktuoja atakos stiprumą kūnui. Šis nenormalus imuninis atsakas gali būti netgi nukreiptas prieš glikanus. Pavyzdžiui, imuninė sistema gali klaidinti „savęs“ glikanus, tarsi jie būtų „užsienio“ molekulės. Mūsų mokslinių tyrimų grupė neseniai paskelbė straipsnį, kuriame pristatoma glikano teorija apie autoimuniją, kuri paaiškina kai kuriuos iš šių santykių.

Glikanai mūsų maiste gali sukelti imuninį atsaką

Buvo atlikta nemažai tyrimų, kuriuose raudonos mėsos vartojimas susiejamas su tokiomis ligomis kaip aterosklerozė ir cukrinis diabetas, tačiau jie negalėjo parodyti, kodėl ar kaip tai vyksta iki šiol. Vienas intriguojantis tyrimas rodo, kad kaltininkas buvo cukrus, turintis sudėtingą pavadinimą, nežmogišką sialinį N-glikolilneuramino rūgštį arba Neu5Gc trumpą laiką. Neu5Gc randamas visuose žinduoliuose, išskyrus žmones, nes ankstyvieji žmonės, galintys padaryti Neu5Gc mirusį nuo senovės maliarijos parazito.

Tačiau, nors dabar mums trūksta gebėjimo gaminti Neu5Gc, mūsų kūnai vis dar sugeba ją įtraukti į mūsų ląstelių glikanus, jei jį gausime valgant raudoną mėsą. Tada, kai ji tampa mūsų ląstelių glikaninio sluoksnio dalimi, mūsų ląstelėse yra „svetima“ medžiaga - „Neu5Gc“. Tai gali sukelti uždegimą visame kūne, nes mūsų imuninė sistema atpažįsta Neu5Gc kaip „svetimą“ ir atakuoja. Lėtinis uždegimas, kurį sukelia šie vidiniai išpuoliai, gali sukelti širdies priepuolį, insultą ir net vėžį.

Mūsų kūnai sintezuoja dešimtys tūkstančių unikalių glikanų, dažnai su šakotosiomis struktūromis, sudarytomis iš paprastų cukraus statybinių blokų. Baltymus ir riebalus taip pat gali keisti dešimtys unikalių glikanų. Šios nesuskaičiuojamos kombinacijos sukelia glikanų kartografavimą sudėtinga užduotis, nes mums reikia praktinio ir efektyvaus būdo analizuoti šimtus tūkstančių glikano modelių.

Mūsų tyrimo grupė jau sukūrė metodus, leidžiančius greitai ir tvirtai stebėti žmogaus gliukozę. Naudodamiesi inžinerijos pažanga ir patobulinimais mėginių apdorojime, mūsų technika gali vienu metu stebėti tūkstančius glikanų, o tai leidžia apibūdinti glikanus ląstelėse, esančiose sveikose kontrolėse, ir pacientams, sergantiems įvairiomis ligomis. Mūsų tikslas - naudoti šiuos duomenis, kad sukurtume nuspėjamus modelius, kurie padėtų gydytojams diagnozuoti ir gydyti visas žmonių ligas. Mes tikime, kad atsiras nauja medicinos pažangos banga, kai atrakinsime „cukraus kodą“.

Jenny Wang buvo pagrindinis šio straipsnio autorius.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas „Emanual Maverakis“, „Carlito Lebrilla“ ir „Jenny Wang“ pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.