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碳水化合物的“工具化”：糖生物学的实际应用
碳水化合物的“工具化”：糖生物学的实际应用
“越来越明显的是，碳水化合物和其他生物分子研究最好通过多学科合作来解决，”Benjamin Schumann 博士在最近与 HEL 的播客中解释道。本是伦敦弗朗西斯·克里克研究所化学糖生物学实验室的负责人，也是帝国理工学院的讲师， 伦敦。
挖掘碳水化合物的理解
等待技术赶超
采取综合方法
对药物创新的影响
挖掘碳水化合物的理解
合成精密工具帮助团队了解特定碳水化合物分子如何控制活细胞内和活细胞上的过程，包括疾病状态。但是，为什么要放弃使用抗体或凝集素（碳水化合物结合蛋白）的结合分析来寻找糖呢？尤其是在癌症形成或不同发育阶段的糖谱分析方面进行了大量工作。
这些技术似乎受到序列偏差的影响，而化学工具可以避免这个问题。取而代之的是，提出的问题没有对可能存在的糖结构的先入之见。一种适用于生物正交化学的化学标签被放置在单糖（单糖）上，该单糖在被喂入细胞后，通常会进入细胞表面结构。这允许生物正交部分被报告探针追踪，例如生物环境中的荧光团，无论是细胞培养基、胞质溶胶（细胞分离物）还是活的有机体。
通过从更传统的分子细胞生物学角度与同事对数据进行基准测试，舒曼博士的团队发现他们的工具可以补充其他技术以及传统的凝集素和抗体结合。
*合成糖（照片）有助于了解聚糖如何改变基本的生物过程。
等待技术赶超
早期的化学工具是抗体和凝集素的补充，但没有为单个聚糖提供特异性。你会发现一个糖基转移酶上调的癌细胞，但不一定知道这种上调会影响什么。要详细了解糖基化结构，需要非常灵敏的质谱仪，而有一段时间该技术还不存在。花费了 20 年的时间来制造专门适用于某些糖基转移酶的化学工具，并且仅在过去七年左右的时间里，才有能力真正了解转移酶特异性糖基化位点的细节。
现在技术已经迎头赶上，不仅可以在体外进行工作，而且可以在活细胞中胜任。舒曼博士承认，这种向体内转移的做法比他最初想象的要成功。适用于糖基转移酶家族的工具提供了有关引入特定位点的酶的数据，这些位点最终与可能的癌症形成位置相关联。展望未来，即使有可能，也需要一段时间来进一步发展这一点，以利用聚糖实现目前 DNA 所达到的目标。然而，舒曼博士重视创新，以推动一项研究计划，在新方法方面，仍有很多东西可以从大量唾手可得的成果中学习。
采取综合方法
该研究领域的很大一部分使用生物学来进行典型的化学研究。生物有机化学中的化学酶合成就是一个典型的例子。对于聚糖，这是制造糖的好方法：如果酶在特定点引入糖结构，则无需保护基团。酶具有通过保护基团获得的固有特异性。
含有不寻常单糖的聚糖尚不能通过化学酶合成来制造。一些最成功的肺炎球菌和脑膜炎球菌糖结合疫苗含有此类单糖。这些疫苗含有附着在载体蛋白上的糖，以诱导保护性、有效的免疫反应。
化学合成是实现这一目标的重要推动因素，因为它允许生成具有良好表征的质量控制和安全性的序列定义聚糖。
对药物创新的影响
Schumann 博士对使用化学生物学来滴定生物学的变化非常感兴趣。一旦能够扰乱正常的细胞过程，您就可以使用药物来对抗它们。可以理解的是，将这些方法应用于癌症治疗引起了广泛的行业兴趣。
癌细胞投入巨大努力试图使自己对免疫系统保持沉默，使其进入循环并形成癌症种子。进入这种隐形模式是可能的，因为细胞首先通过糖基化改变其表面，几乎在所有肿瘤细胞中都观察到了这种情况。通常，这种变形使它们对免疫系统保持沉默。
了解这些变化后，酶可能成为快速指标，并以强大的诊断策略为后盾，以预测或确认癌症的存在。这门科学有望将我们带入一个未来，让高危患者可以预防性地服用酶阻滞剂，这样肿瘤或癌前细胞甚至在有机会形成之前就被取出。
由于这个领域还有很多未知数，舒曼博士预计化学创新将会有更多的小步骤，以便在理解这些过程方面取得巨大进步。他看到，在生物化学领域，人们制造自己的分子并在分析中使用它们以试图了解糖基化的工作原理变得非常正常。舒曼博士工作的核心始终存在一个生物学问题。挑战在于构建正确的工具来解决正确的问题。
请参阅舒曼博士的网站 ( https://www.crick.ac.uk/research/find-a-researcher/ben-schumann )，了解他最近的出版物以及他的工具和实验方法的易于理解的图形描述。
*图片来自伦敦弗朗西斯·克里克研究所的舒曼博士和化学糖生物学实验室
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