Cracking The Sugar Code: Why The Glycome Is The Big Next Next In Health And Medicine

Cracking The Sugar Code: Why The Glycome Is The Big Next Next In Health And MedicineOleh molekuul_be / shutterstock.com

Apabila anda memikirkan gula, anda mungkin memikirkan gula putih yang manis, putih, kristal yang anda gunakan untuk membuat kue atau memasak kopi anda. Tetapi adakah anda tahu bahawa di dalam badan kita, molekul gula mudah boleh dihubungkan bersama untuk menghasilkan struktur kuat yang baru-baru ini didapati dikaitkan dengan masalah kesihatan, termasuk penyakit kanser, penuaan dan autoimun.

Menurut Akademi Sains Kebangsaan, mewujudkan peta lokasi dan struktur mereka akan usher kami ke era baru perubatan moden. Ini adalah kerana glycome manusia - keseluruhan pengumpulan gula di dalam badan kita - rumah-rumah yang belum dapat ditemui dengan potensi untuk membantu para doktor dalam mendiagnosis dan merawat pesakit mereka.

Terima kasih kepada perhatian seluruh dunia yang diperolehi oleh Projek Genom Manusia yang disiapkan oleh 2003, kebanyakan orang telah mendengar mengenai DNA, genomik dan juga proteomik - kajian mengenai protein. Tetapi kajian glycans, juga dikenali sebagai glycomics, adalah mengenai Tahun 20 di belakang bidang lain. Salah satu sebab untuk lag ini adalah bahawa para saintis tidak mengembangkan alat untuk mengenal pasti struktur glycan dengan cepat dan tapak lampiran mereka pada sel-sel manusia. "Lapisan gula" agak misteri.

Sehingga sekarang, itu.

Walaupun kebanyakan makmal memberi tumpuan kepada penyelidikan selular atau molekul, kami makmal didedikasikan untuk membangunkan teknologi dengan pantas mencirikan struktur glik dan tapak lampiran mereka. Matlamat utama kami adalah untuk mengkatalog beratus-ratus ribu gula dan lokasi mereka pada pelbagai jenis sel, dan kemudian menggunakan maklumat ini untuk menyesuaikan terapi perubatan kepada setiap individu.

Kenapa kita peduli dengan glycans?

Pada masa akan datang, kemungkinan analisis gliser individu akan digunakan untuk meramalkan risiko kita untuk membangunkan penyakit seperti rheumatoid arthritis, kanser atau alahan makanan. Ini adalah kerana perubahan glycome secara khusus terikat kepada keadaan penyakit tertentu. Juga, proses biologi seperti penuaan dikaitkan dengan keradangan dalam glycome kita. Ia tetap akan diuji jika membalikkan perubahan ini dapat membantu mencegah penyakit, atau penuaan yang perlahan - kemungkinan yang menarik.

Seiring dengan DNA, protein, dan lemak, glycese adalah salah satu daripada empat makromolekul utama yang penting untuk kehidupan. Dari keempat-empat, glycans adalah arbiters akhir bagaimana sel-sel kita berkelakuan.


Dapatkan yang terbaru dari InnerSelf


DNA mengagihkan apa yang kita kelihatan, keupayaan kita untuk berfikir dan bertindak, dan juga menentukan penyakit yang mana kita paling mudah terdedah. Di dalam DNA kita adalah segmen pendek, gen, yang sering mengandungi petunjuk bagaimana untuk mensintesis protein. Protein pula adalah "kerja" sel, menjalankan banyak fungsi yang diperlukan untuk kehidupan.

Bagaimanapun, bagaimana protein bertindak sering bergantung kepada apa yang dilekatkan oleh glycans. Dalam erti kata lain, molekul gula ini dapat mempengaruhi bagaimana protein kita melakukan kerja mereka, dan juga bagaimana sel-sel kita akan bertindak balas terhadap rangsangan. Contohnya, jika anda menukar beberapa glycans di luar sel, ia mungkin mencetuskan sel untuk memindahkan ke lokasi yang berbeza di dalam badan kita.

Tugas utama glycans adalah untuk memodifikasi protein dan lemak yang duduk di permukaan sel kita. Bersama-sama, mereka membuat kot gula tebal di sekitar sel. Jika kita menganggap permukaan sel menjadi tanah, maka glycans akan menjadi tumbuhan-hayat dan dedaunan yang sangat pelbagai yang tumbuh dan membawa warna dan identiti ke sel. Malah, jika anda dapat melihat sel dengan mata kasar anda, ia kelihatan sangat kabur. Gambar pic dengan 10 kali lebih fuzz.

Cracking The Sugar Code: Why The Glycome Is The Big Next Next In Health And MedicineSetiap sel tunggal dalam tubuh manusia diliputi dengan koleksi glycans yang dipasang menggunakan pelbagai gula mudah seperti glukosa, mannose, galaktosa, asid sialik, glucosamine dan frukosa sebagai blok bangunan. Dengan mengesan jenis lapisan gula hadir, sel-sel imun kita dapat mengenal pasti sel lain sebagai rakan atau musuh. Ini kerana bakteria mempunyai gula di permukaan mereka yang tidak pernah dilihat di sel-sel manusia - gula patogen yang dirasakan oleh sistem imun dan yang mengenal pasti bakteria sebagai 'asing.' Emanual Maverakis, CC BY-SA

Glycans melabel sel kita sendiri dan mengenal pasti mereka sebagai 'diri'

Fuzz di sekeliling sel adalah mantel glycan. Berada di luar sel-sel kita, glycano adalah titik pertama hubungan untuk kebanyakan interaksi selular dan dengan itu mempengaruhi bagaimana sel-sel kita berkomunikasi dengan satu sama lain. Anda juga boleh memikirkan glycans sebagai "kod bar" selular yang unik. Oleh itu, fuzz sel-sel ginjal akan kelihatan berbeza dari fuzz sel imun. Tetapi ada juga persamaan. Malah, sel-sel imun yang menyelidik badan kita mencari patogen tidak tahu menyerang sel-sel kita sendiri kerana ciri-ciri umum dalam barcode glycan yang dikongsi oleh semua sel badan kita.

Sebaliknya, bakteria dan parasit seperti malaria mempunyai "gula gula" yang berbeza yang tidak dilihat di sel-sel manusia. Apabila gula bakteras ditandakan sebagai "asing," sistem imun seseorang mensasarkan bakteria untuk kemusnahan. Walau bagaimanapun, beberapa patogen bakteria berbahaya seperti kumpulan streptokokus B, yang biasanya menyebabkan jangkitan teruk pada bayi, dapat mengelakkan pengesanan ketahanan oleh menyamar sel manusia dengan membawa glycans serupa sebagai menyamar - seperti serigala berpakaian kulit domba.

Malangnya sesetengah patogen juga dapat menggunakan glycans kami untuk membantu mereka menyebabkan penyakit. Virus mematikan seperti HIV dan Ebola telah berkembang untuk merampas glycans tertentu yang kemudian mereka "terkunci" ketika mereka menjangkiti sel-sel manusia kita. Terapi yang sama ada menghalangi virus ini daripada berinteraksi dengan glycans kami, atau serangan glisis yang spesifik virus mungkin menjadi saluran baru untuk merawat jangkitan ini.

Cracking The Sugar Code: Why The Glycome Is The Big Next Next In Health And MedicineGula di sel dan sel bakteria melabelkan mereka sebagai rakan atau musuh. Emanual Maverakis, CC BY-SA

Penyelidikan baru juga telah menunjukkan bahawa glycans memainkan peranan besar dalam pembangunan penyakit autoimun seperti rheumatoid arthritis dan pankreatitis autoimun. Ini tidak menghairankan kerana glycans secara langsung mempengaruhi fungsi sel imun.

Biasanya, sel-sel imun kita bertindak sebagai "sistem pertahanan" badan kita, dan mengenal pasti dan memusnahkan penceroboh asing seperti bakteria atau virus berbahaya. Tetapi apabila badan itu tersilap menandakan sel-sel kita sendiri sebagai musuh dan melancarkan serangan dalaman pada dirinya sendiri, autoimun dilahirkan. Menariknya, dalam keadaan sedemikian, ia adalah glycans yang hadir pada antibodi penyerang yang menyerang diri sendiri yang akan menentukan kekuatan serangan ke atas badan. Tindak balas imun yang tidak normal ini juga boleh diarahkan terhadap glycans. Sebagai contoh, sistem kekebalan tubuh boleh menyalahkan glikasi "diri" seolah-olah mereka adalah "asing" molekul. Pasukan penyelidikan kami baru-baru ini menerbitkan artikel yang memperkenalkan teori glycan autoimun, yang menerangkan beberapa hubungan ini.

Glycans dalam makanan kita boleh mencetuskan tanggapan imun

Terdapat banyak kajian yang mengaitkan penggunaan daging merah dengan penyakit seperti aterosklerosis dan diabetes, tetapi mereka tidak dapat menunjukkan mengapa atau bagaimana ini berlaku sehingga baru-baru ini. Satu kajian yang menarik mencadangkan bahawa pelakunya adalah gula dengan nama yang tidak berat sebelah, asid N-glikolilneuraminic sialik bukan manusia, atau Neu5Gc untuk jangka pendek. Neu5Gc ditemui dalam semua mamalia kecuali manusia, kerana manusia awal yang boleh membuat Neu5Gc meninggal dunia dari purba parasit malarial.

Walau bagaimanapun, walaupun kita tidak mempunyai keupayaan untuk menghasilkan Neu5Gc, tubuh kita masih mempunyai keupayaan untuk memasukkannya ke dalam glycans di sel kita jika kita mendapatkannya dengan makan daging merah. Sekali ia menjadi sebahagian daripada sel-sel glycan sel kami, sel-sel kami kemudian mempunyai bahan "asing" - Neu5Gc - mengelilingi mereka. Ini boleh mencetuskan keradangan di seluruh badan kerana sistem imun kita mengenali Neu5Gc sebagai "asing" dan menyerangnya. Keradangan kronik yang disebabkan oleh serangan dalaman ini boleh mengakibatkan serangan jantung, strok dan juga kanser.

Tubuh kita mensintesis puluhan ribu glycans yang unik, selalunya dengan struktur cawangan terbentuk daripada blok bangunan gula mudah. Protein atau lemak juga boleh diubahsuai oleh berpuluh-puluh glycans yang unik. Ini kombinasi yang tidak terkira banyaknya membuat pemetaan glycans sebagai tugas yang sukar kerana kita memerlukan cara yang praktikal dan cekap untuk menganalisis beratus-ratus ribu pola glycan.

Pasukan penyelidikan kami kini telah membangunkan kaedah untuk mempercepatkan pemantauan manusia dengan pantas dan mantap. Dengan memanfaatkan kemajuan kejuruteraan dan penambahbaikan dalam pemprosesan sampel, teknik kami dapat mengawasi beribu-ribu glycans sekaligus, yang membolehkan kita mencirikan glycans dalam sel dari kawalan yang sihat dan pesakit dengan pelbagai penyakit yang berlainan. Matlamat kami adalah untuk menggunakan data ini untuk membangunkan model ramalan untuk membantu doktor mendiagnosis dan merawat semua penyakit manusia. Kami percaya gelombang baru kemajuan perubatan akan tiba apabila kami membuka kunci "kod gula."

Tentang Pengarang

Emanual Maverakis, Profesor Madya - Jabatan Mikrobiologi Perubatan & Imunologi dan Dermatologi | Ahli - Makanan Untuk Institut Kesihatan | Pusat Kanser Anggota - Komprehensif | Pengarah - Autoimmunity | Director- Immune Monitoring Immune, University of California, Davis; Carlito Lebrilla, Profesor Kimia yang Cemerlang, University of California, Davis, dan Jenny Wang, Fellow Penyelidik Klinikal, University of California, Davis | Pelajar Perubatan, Kolej Perubatan Albert Einstein, Universiti Yeshiva

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Buku berkaitan:

{amazonWS: searchindex = Books; keywords = masalah gula; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}