Τα σάκχαρα δεν είναι μόνο το γλυκό άρωμα του ψωμιού και των γλυκών της καθημερινότητας. Στο ανθρώπινο σώμα, παίζουν κρίσιμο ρόλο στην επικοινωνία μεταξύ κυττάρων και στη ρύθμιση των ανοσολογικών αποκρίσεων. Όταν ενώνονται σε αλυσίδες, σχηματίζουν γλυκάνες, δομές απαραίτητες για πολλές βιολογικές διεργασίες.
Η πρόκληση της ευκαμψίας των γλυκανών
Μία από τις μεγαλύτερες δυσκολίες στη μελέτη των γλυκανών είναι η κινητικότητά τους. Οι δεσμοί μεταξύ των σακχάρων μπορούν να περιστρέφονται ελεύθερα, με αποτέλεσμα το σχήμα των γλυκανών να αλλάζει συνεχώς. Αυτό έχει καθυστερήσει την κατανόηση της τρισδιάστατης δομής τους σε μοριακό επίπεδο.
Χρήση πρωτεϊνών ως ικρίωμα
Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές έχουν δοκιμάσει να στερεώνουν τα σάκχαρα σε κρυστάλλους πρωτεϊνών, χρησιμοποιώντας την πρωτεΐνη ως «ικρίωμα». Ιδανικά, η πρωτεΐνη συγκρατεί το μόριο σε σταθερή θέση και με ομοιόμορφο προσανατολισμό, «παγώνοντας» την κίνηση των σακχάρων για παρατήρηση.
Μεταξύ των υποψήφιων πρωτεϊνών, η Gal-10 ξεχωρίζει. Αυτή η σπάνια πρωτεΐνη σχηματίζει φυσικούς κρυστάλλους μέσα στο ανθρώπινο σώμα, προσφέροντας τη βάση για μοριακές μελέτες. Παρ’ όλα αυτά, η αναπαραγωγή της κρυστάλλωσης σε εργαστηριακές συνθήκες ήταν δύσκολη και απαιτούσε μεγάλο χρόνο και προσεκτική προσαρμογή των συνθηκών.
Μέθοδος κρυστάλλωσης χωρίς κύτταρα (CFPC)
Η ομάδα του καθηγητή Takafumi Ueno στο Ινστιτούτο Επιστημών του Τόκιο ανέπτυξε μια καινοτόμο προσέγγιση, την CFPC, που επιτρέπει την παραγωγή και κρυστάλλωση πρωτεϊνών ταυτόχρονα, χωρίς χρήση ζωντανών κυττάρων. Με αυτόν τον τρόπο, οι κρύσταλλοι Gal-10 σχηματίστηκαν μέσα σε μόλις 24 ώρες, εξοικονομώντας χρόνο και πόρους.
Αποκάλυψη των δομών σακχάρων
Χρησιμοποιώντας την CFPC, οι ερευνητές προσδιόρισαν την κρυσταλλική δομή του τρισακχαρίτη μελεζιτόζης σε συνδυασμό με την Gal-10, παρέχοντας σαφή τρισδιάστατη εικόνα ενός μορίου από τρία συνδεδεμένα σάκχαρα. Επιπλέον, κατάφεραν να αποκαλύψουν πώς η λακτόζη συνδέεται με τη φυσική μορφή της Gal-10, διαπιστώνοντας έναν διαφορετικό προσανατολισμό από τον αναμενόμενο. Η συνδυαστική χρήση κρυσταλλογραφίας και μοριακών προσομοιώσεων επέτρεψε την ποσοτική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συγκεκριμένα αμινοξέα σταθεροποιούν τα σάκχαρα.
Σημασία για φάρμακα και διατροφή
Η κατανόηση της αλληλεπίδρασης γλυκανών και πρωτεϊνών έχει άμεσες εφαρμογές στην ανακάλυψη φαρμάκων, καθώς γλυκάνες λειτουργούν ως «μοριακά σημάδια» για ιούς, βακτήρια και καρκινικά κύτταρα. Επιπλέον, τρισακχαρίτες όπως η ραφινόζη, γνωστοί για τις πρεβιοτικές τους ιδιότητες, μπορούν πλέον να μελετηθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη λειτουργικών τροφίμων και νέων στρατηγικών στη διατροφή και την υγειονομική περίθαλψη.
Η νέα τεχνολογία παρέχει ένα «μοριακό φωτογραφικό στούντιο» για τα σάκχαρα, καθιστώντας δυνατή την απεικόνιση των δομών τους με αξεπέραστη λεπτομέρεια. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή η προσέγγιση όχι μόνο εμβαθύνει την κατανόηση της ζωής σε μοριακό επίπεδο, αλλά ανοίγει τον δρόμο για εφαρμογές που μπορούν να ωφελήσουν την κοινωνία.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!