Le chercheur développe la méthode neuve pour recenser exactement les molécules évasives

Parmi les molécules les plus importantes au monde vivant sont les sucres ou les hydrates de carbone, qui jouent un rôle indispensable dans des procédés de durée. Les sucres fournissent la source principale d'essence pour le fuselage, protègent des muscles contre les dégâts et contribuent à la réaction immunitaire. Ils agissent également en tant que métabolite principale du cerveau (sous forme de glucose), fonctionnement fondamental actionnant et mémoire et humeur d'influence. Dysregulation des hydrates de carbone peut mener à un radeau des maladies importantes, y compris le cancer.

Maintenant, Stuart Lindsay, un chercheur à l'institut de Biodesign de l'université de l'Etat d'Arizona, a conçu des moyens intelligents de recenser ces molécules rapidement et exactement. Les résultats de sa recherche, qui apparaissent dans la question actuelle des transmissions de nature, préparent le terrain pour un rétablissement neuf des outils analytiques capables des hydrates de carbone d'investigation à l'extérieur pour le diagnostic et la demande de règlement éventuelle de beaucoup de maladies.

Essentiel et mystérieux

Bien qu'ils représentent un des quatre synthons principaux de durée, (avec des protéines, des lipides et des acides nucléiques), les hydrates de carbone ont reçu beaucoup moins d'examen minutieux des chercheurs, jusqu'ici. Une raison de ceci est que les hydrates de carbone peuvent se produire dans une variété étonnante de formes chimiquement assimilées, qui sont délicates pour recenser dans les échantillons biologiques.

Glycobiology--l'étude des sucres-- est maintenant vu comme endroit critique pour améliorer la santé des personnes ainsi qu'avancer science des matériaux et recherche en matière d'énergie, comme contours d'académie nationale des sciences dans un calendrier de lancement pour la décennie suivante de l'instruction sérieuse.

Le « Glycobiology a été, relativement parlant, dans une condition primitive comparée à la protéomique (l'étude des protéines) et la génomique (l'étude de l'ADN) pour la raison simple pour laquelle l'information structurelle n'est pas facilement disponible, » Lindsay dit. Les hydrates de carbone forment souvent de plus grandes structures de variété et de complexité grandes. « Si vous comptez vers le haut du nombre de moyens possibles que vous pouvez remonter six molécules de sucre, il s'avère être environ un trillion. »

Les techniques comme la spectroscopie de masse sont limitées quand il s'agit de recenser des hydrates de carbone, car les variantes chimiques multiples ou les isomères d'un sucre donné ont le poids moléculaire identique. Une autre technique, connue sous le nom de résonance magnétique nucléaire ou RMN a été parfois employée pour la caractérisation, mais l'exactitude et le rendement de la technique sont limités, exigeant la pureté exceptionnelle d'échantillon et une importante quantité d'hydrate de carbone pour l'analyse. La situation a laissé des chercheurs en grande partie dans l'obscurité.

Du bruit vient la clarté

L'approche décrite dans l'étude neuve concerne suspendre délicatement une molécule d'hydrate de carbone entre une paire d'électrodes. Quand l'électricité est réussie par la molécule, elle relâche un paquet d'impulsions des pointes actuelles, qui peuvent être mesurées et s'analysées afin de recenser l'hydrate de carbone donné. Dans la présente étude, une large gamme de molécules d'hydrate de carbone sont affichées suivre la méthode neuve, que Lindsay plus tôt s'est appliquée à l'ordonnancement rapide d'ADN et à l'identification des acides aminés.

Sur la première inspection, les pointes actuelles produites quand les passages actuels par la molécule semblent être bruit fait au hasard, pourtant ces paquets d'impulsions d'activité contiennent réellement l'information indispensable concernant les seules caractéristiques de chaque molécule. Les variations actuelles vues dans les expériences représentent des instantanés de la conductivité de ciel et terre pendant que la molécule tremble dans l'écartement entre les électrodes et sa géométrie est subtil modifié. Lindsay et son équipe pouvaient traduire le langage de cette activité électrique au-dessus de beaucoup d'itérations, recensant 10 des molécules d'hydrate de carbone les plus courantes avec une exactitude de meilleur que 90 pour cent.

La construction sur la technique, que Lindsay appelle « ordonnancement par la reconnaissance, » exigera que des réseaux linéaires des molécules d'hydrate de carbone soient alimentés par une ouverture très étroite, connue sous le nom de nanopore. Car chaque molécule pousse sa tête par l'ouverture minuscule, le courant traverse lui et on l'affiche et est recensé séquentiellement. Les éléments de cette technique peuvent être vus dans le vidéo de accompagnement. (Tandis que la méthode montrée est employée pour ordonnancer des acides aminés plutôt que des molécules d'hydrate de carbone, le principe fondamental est identique.)

Une molécule de beaucoup de faces

Les molécules de sucre sont trompeusement simples dans leur construction, se composant juste de l'oxygène, de l'hydrogène et du carbone. Quand une molécule unique de sucre est présente, on le connaît comme monosaccharide. Les hydrates de carbone simples contiennent juste un ou deux sucres, tels que le fructose, qui est trouvé en fruits ou galactose, présent en lait. Un des monosaccharides les plus critiques est le glucose (C6H12O6), une molécule produite par la photosynthèse et central pour la respiration cellulaire.

Le glucose est transporté par des vaisseaux sanguins au cerveau, croisant la barrière hémato-encéphalique et produisant l'adénosine triphosphate (ATP), la forme primaire de l'énergie chimique dans des cellules. Quand les neurones transmettent leurs signes électriques, les capillaires locaux dilatent, fournissant plus de sang, avec le sang de glucose et riche en oxygène supplémentaire. Composant juste 2 pour cent du poids corporel, le cerveau cependant absorbe environ 20 pour cent du budget général du fuselage, effectuant au cerveau un environnement particulièrement riche en glucose.

D'autres sucres sont plus complexes. Ceux contenant trois sucres ou plus sont connus comme polysaccharides. Ceux-ci étaient branchés des réseaux des amidons de forme d'hydrates de carbone et le glycogène pour enregistrer l'énergie ainsi que les polysaccharides structurels comme la cellulose et la chitine.

Gestionnaires moléculaires

Toutes les cellules vivantes sont ornées avec une couche de sucres (également connus sous le nom de glycans), fournissant la cellule et l'identité de tissu-détail. Tandis que ces glycans sont importants dans et d'eux-mêmes, leur pouvoir réel dans les systèmes vivants vient des voies desquelles ils agissent l'un sur l'autre avec d'autres molécules biologiques. Par un procédé connu sous le nom de glycosylation, l'attache de glycans à et augmentent le fonctionnement des protéines, lipides et les acides nucléiques dans des chercheurs de voies ont seulement commencé à sonder.

Glycans sont trouvés en travers de l'âme de la durée, dans les archéobactéries, les bactéries et les organismes eucaryotiques. Leur large spectre d'activité est essentiel pour le développement, l'accroissement, le fonctionnement et la survie d'un organisme. Parmi leurs nombreux fonctionnements en cellules, ils contribuent à l'intégrité matérielle et structurelle, à la formation de matrice extracellulaire, à la transduction du signal, au repliement des protéines et à l'échange d'informations entre les cellules et les agents pathogènes. Ils sont également les objectifs fréquents pour la liaison des toxines microbiennes.

Dans le système immunitaire humain, les séquences glycan d'agent-détail trouvées sur des bactéries, virus, et des champignons, déclenchent une réaction immunitaire. Glycans sont important pour l'adhérence cellulaire et le mouvement, guidant des globules blancs au site des blessures ou de l'infection, par exemple. Glycans sont pour cette raison les candidats hautement prometteurs pour la découverte de médicaments thérapeutique et en tant que bornes diagnostiques de la maladie.

Agents de la maladie et de la santé

Plus de 50 pour cent de toutes les protéines d'être humain subissez la glycosylation, alors que des aberrations dans la glycosylation sont jointes avec la transformation des cellules d'un sain à une condition cancéreuse. Puisque l'ordonnancement de reconnaissance peut finement distinguer entre différents sucres au niveau unique de molécule, la technique retient la promesse du dépistage précis des biomarqueurs de cancer--radiophares de détection lointaine des protéines traversantes décelables de la maladie trouvées dans le sang.

Des molécules glycan anormales ont été cliniquement impliquées dans une gamme des cancers mortels comprenant ovarien, la prostate, pancréatique, foie, myélome multiple, sein, poumon, gastrique, thyroïde et côlorectal. C'est acte anormal cru de ces glycans pour faciliter la métastase. La présence courante des glycans anormaux en cellules tumorales leur effectue de bons candidats pour des biomarqueurs de la maladie, s'ils peuvent être exactement recensés.

Supplémentaire, les glycans sont impliqués dans la discrimination de l'individu contre le non-individu, qui peut jouer un rôle majeur en pathologie des maladies auto-immune variées. Les cellules tumorales, par exemple, produisent les glycans anormaux, qui sont identifiés par un récepteur particulier trouvé sur les cellules tueuses naturelles du fuselage-- un élément indispensable dans le système immunitaire inné.

Lindsay est optimiste au sujet des avances scientifiques ouvrant maintenant un hublot sur ces molécules indispensables. Cependant, les défis pour l'ordonnancement de reconnaissance peuvent être formidables, en particulier en termes de précision extrême exigée dans des dispositifs d'électrode-nanopore de fabrication. La phase suivante du projet sera de combiner la technologie de ordonnancement pour différentes molécules d'hydrate de carbone avec un nanopore, permettant aux filetages linéaires des molécules de sucre d'être donnés lecture exactement.

Source:

Arizona State University