Kemikere designer hurtigere produktionsproces for essentielle sukkerarter

Celler fra alle levende organismer er dækket af et tæt lag af meget komplekse kulhydrater. Disse kulhydrater, som også er kendt som glykaner, er væsentlige mediatorer af en lang række biologiske og sygdomsprocesser. For at studere glykaner i detaljer, videnskabsmænd havde brug for at fuldføre en produktionsproces, der involverede mere end 100 kemiske trin, men forskere ved Utrecht University har for nylig designet en proces, der er meget hurtigere og mere effektiv. Forskerne har offentliggjort deres resultater i Naturkemi .

Stamme og grene

Glykaner spiller nøgleroller i mange biologiske og sygdomsprocesser, fra embryogenese, til immunregulering, til at hæmme betændelse og kræft. Glykaner kan bruges som en biomarkør til at identificere kræftceller, men de er også væsentlige komponenter i de fleste biobaserede lægemidler.

Glykaner er, imidlertid, meget mere komplekse end DNA eller proteiner:de er sammensat af en stamme med to til fire asymmetriske grene, og jo flere grene de har, jo mere komplicerede er de at syntetisere. Faktisk, det tager ofte op til 100 kemiske trin at producere glykaner i laboratoriet.

Utrecht University-forskerne Geert-Jan Boons og Gerlof Bosman sigter mod at ændre det, i tæt samarbejde med deres kolleger ved University of Georgia i USA "Vi tager grundlæggende kontrol over biosyntesen af ​​glykaner, " siger Boons. Forskerne har udviklet en metode, der tager udgangspunkt i et glycopeptid, der nemt kan fås fra æggeblommepulver som byggesten til fremstilling af glykaner.

Beskæring for at vokse

Det første trin i den nye produktionsproces er at 'trimme' glycopeptidet, indtil kun stammen og forgreningspunkterne er tilbage. Forskerne kan individuelt aktivere eller deaktivere hvert forgreningspunkt, giver dem mulighed for at dyrke grenene igen én efter én ved at fjerne blokeringen af ​​hver af dem individuelt og derefter administrere enzymer, der kan bygge specifikke grene. Dette gør det muligt for forskerne at fastgøre glykanens asymmetriske grene til stammen på en kontrolleret måde.

Ti trin

Ved at bruge denne nye metode, forskerne var i stand til dramatisk at skære produktionsprocessen ned til kun ti trin. Boons forklarer:"Vi brugte glycopeptidet til at producere stoffet glycosyl-asparagin, en aminosyre, der indeholder et sukker. Vi sætter derefter glycosyl-asparaginen gennem fem kemiske og enzymatiske trin, hvilket resulterer i en forbindelse med to forgreninger. Efter denne første proces, hvor vi kopierer den naturlige produktionsproces, vi brugte derefter rekombinante enzymer til at producere en glycosyl-asparagin med fire forgreninger i blot fem yderligere trin. Denne forbindelse er grundlaget for produktionen af ​​en bred vifte af N-glycaner, der spiller roller i mange sygdomsprocesser såsom cancer og virusinfektioner, men kan også bruges til produktion af bio-farmaceutiske produkter.