Il ricercatore mette a punto il nuovo metodo per identificare esattamente le molecole evasive

Fra le molecole più importanti nel mondo vivente sono gli zuccheri o i carboidrati, che svolgono un ruolo vitale in lavorazione i processi vitali. Gli zuccheri forniscono la sorgente principale di combustibile per l'organismo, proteggono i muscoli da danno e contribuiscono alla risposta immunitaria. Egualmente fungono da metabolita chiave del cervello (sotto forma di glucosio), funzione di base di potenza e memoria e l'umore dell'influenza. Dysregulation dei carboidrati può piombo ad una zattera delle malattie importanti, compreso cancro.

Ora, Stuart Lindsay, un ricercatore all'istituto di Biodesign dell'Arizona State University, ha inventato mezzi abili di identificazione delle queste molecole rapidamente ed esattamente. I risultati della sua ricerca, che compaiono nella questione attuale delle comunicazioni della natura, aprono la strada per una nuova generazione di strumenti analitici capaci dei carboidrati di caccia con il furetto fuori per la diagnosi ed il trattamento finale di molte malattie.

Essenziale e misterioso

Sebbene rappresentino una delle quattro particelle elementari fondamentali di vita, (con le proteine, i lipidi e gli acidi nucleici), i carboidrati hanno ricevuto molto meno esame accurato dai ricercatori, finora. Una ragione per questa è che i carboidrati possono accadere in una varietà sorprendente di moduli chimicamente simili, che sono complessi identificare in campioni biologici.

Glycobiology--lo studio degli zuccheri-- ora è veduto come zona critica per il miglioramento delle sanità come pure l'avanzamento della ricerca energetica di scienza e dei materiali, come i profili dell'Accademia nazionale delle scienze in una carta stradale per la decade prossima dell'indagine seria.

“Il Glycobiology è stato, relativamente parlando, in uno stato primitivo confrontato al proteomics (lo studio delle proteine) e genomica (lo studio di DNA) per la ragione semplice per cui le informazioni strutturali non sono disponibili facilmente,„ Lindsay dice. I carboidrati formano spesso le più grandi strutture di grandi varietà e complessità. “Se calcolate il numero dei modi che possibili potete un sei molecole dello zucchero, risulta essere circa un trilione.„

Le tecniche come la spettroscopia di massa sono limitate quando si tratta dell'identificazione dei carboidrati, poichè le varianti chimiche multiple o gli isomeri di uno zucchero dato hanno peso molecolare identico. Un'altra tecnica, conosciuta come a risonanza magnetica o RMN nucleare a volte è stata usata per la caratterizzazione, ma l'accuratezza ed il risparmio di temi della tecnica sono limitati, richiedendo la purezza eccezionale del campione e una quantità importante di carboidrato per l'analisi. La situazione ha lasciato i ricercatori in gran parte nello scuro.

Da disturbo viene la chiarezza

L'approccio descritto nel nuovo studio comprende delicato sospendere una molecola del carboidrato fra un paio degli elettrodi. Quando l'elettricità è passata attraverso la molecola, rilascia un burst delle punte correnti, che possono essere misurate ed analizzate per identificare il carboidrato dato. Nello studio presente, una vasta gamma di molecole del carboidrato sono lette facendo uso di nuovo metodo, che Lindsay più presto ha applicato a rapida l'ordinamento del DNA e l'identificazione degli amminoacidi.

Su prima ispezione, le punte correnti prodotte quando i passaggi correnti attraverso la molecola sembrano essere disturbo casuale, eppure questi burst di attività realmente contengono le informazioni vitali pertinente alle caratteristiche uniche di ogni molecola. Le variazioni di corrente vedute negli esperimenti rappresentano gli istanti di massimo e la conducibilità di minimo mentre la molecola freme all'interno dello spazio fra gli elettrodi e la sua geometria è alterato sottile. Lindsay ed il suo gruppo potevano decodificare il linguaggio di questa attività elettrica sopra molte ripetizioni, identificante 10 delle molecole del carboidrato più comuni con un'accuratezza di migliore di 90 per cento.

L'edilizia sulla tecnica, che Lindsay chiama “ordinare dal riconoscimento,„ richiederà che le catene lineari delle molecole del carboidrato siano alimentate attraverso un'apertura diaframma molto stretta, conosciuta come un nanopore. Poichè ogni molecola colpisce la sua testa con l'apertura minuscola, la corrente attraversa ed in sequenza è letto ed identificato. Le basi di questa tecnica possono essere vedute nel video accompagnante. (Mentre il metodo indicato è usato per ordinare gli amminoacidi piuttosto che le molecole del carboidrato, il principio di base è lo stesso.)

Una molecola di molte fronti di taglio

Le molecole dello zucchero sono ingannevolmente semplici nella loro costruzione, consistente appena dell'ossigeno, dell'idrogeno e del carbonio. Quando una singola molecola dello zucchero è presente, è conosciuto come monosaccaride. I carboidrati semplici contengono l'appena uno o due zucchero, quale fruttosio, che è trovato in frutta o galattosio, presente in latte. Uno dei monosaccaridi più critici è glucosio (C6H12O6), una molecola creata con la fotosintesi e centrale per respirazione cellulare.

Il glucosio è trasportato tramite i vasi sanguigni al cervello, attraversante la barriera ematomeningea e producente l'adenosintrifosfato (ATP), il modulo primario di energia chimica all'interno delle celle. Quando i neuroni trasmettono i loro segnali elettrici, i capillari locali dilatano, consegnando più sangue, con del il sangue carico d'ossigeno extra e del glucosio. Componendo appena 2 per cento del peso corporeo, il cervello tuttavia consuma circa 20 per cento del bilancio energetico globale dell'organismo, rendenti al cervello di un ambiente particolarmente ricco di glucosio.

Altri zuccheri sono più complessi. Quelli che contengono i tre o più zuccheri sono conosciuti come polisaccaridi. Questi si sono ramificati catene degli amidi del modulo dei carboidrati e glicogeno per la memorizzazione dell'energia come pure polisaccaridi strutturali come cellulosa e la chitina.

Gestori molecolari

Tutte le celle viventi sono ornate con un livello di zuccheri (anche conosciuti come i glycans), fornendo l'identità tessuto-specifica e delle cellule. Mentre questi glycans sono importanti in e di se stessi, la loro potenza reale nei sistemi viventi viene dai modi in cui interagiscono con altre molecole biologiche. Con un trattamento conosciuto come la glicosilazione, l'attaccatura dei glycans a ed aumenta la funzione delle proteine, lipidi e gli acidi nucleici nei ricercatori di modi hanno cominciato soltanto a sondare.

Glycans è trovato attraverso il Web di vita, in archaea, in batteri e negli organismi eucariotici. La loro ampia gamma di attività è cruciale per lo sviluppo, la crescita, il funzionamento e la sopravvivenza di un organismo. Fra le loro numerose funzioni in celle, contribuiscono ad integrità fisica e strutturale, a formazione extracellulare della matrice, a trasduzione del segnale, a folding proteico ed allo scambio di informazioni fra le celle e gli agenti patogeni. Sono egualmente frequenti obiettivi per il legame delle tossine microbiche.

Nel sistema immunitario umano, le sequenze glycan agente-specifiche trovate sui batteri, virus e funghi, avviano una risposta immunitaria. Glycans è importante per aderenza ed il movimento delle cellule, guidando i globuli bianchi al sito della lesione o dell'infezione, per esempio. Glycans quindi altamente sta promettendo ai candidati per la scoperta terapeutica della droga e come indicatori diagnostici della malattia.

Agenti della malattia e della salubrità

Oltre 50 per cento di tutte le proteine dell'essere umano subisca la glicosilazione, mentre le aberrazioni in glicosilazione sono collegate con la trasformazione delle celle da un sano ad uno stato cancerogeno. Poiché l'ordinamento del riconoscimento può discriminare con precisione fra i diversi zuccheri al singolo livello della molecola, la tecnica tiene la promessa di rilevazione precisa dei biomarcatori del cancro--gavitelli di allarme immediato delle proteine dirette imputabili di malattia trovate nel sangue.

Le molecole glycan aberranti sono state implicate clinicamente in un intervallo dei cancri micidiali compreso ovarico, la prostata, pancreatico, fegato, mieloma multiplo, petto, polmone, gastrico, tiroide e colorettale. È atto anormale creduto di questi glycans per facilitare la metastasi. La presenza comune di glycans aberranti in celle del tumore rende loro i buoni candidati per i biomarcatori di malattia, se possono essere identificati esattamente.

Ulteriormente, i glycans sono compresi nella distinzione dell'auto contro l'non auto, che può svolgere un ruolo importante in patologia di varie malattie autoimmuni. Le celle del tumore, per esempio, producono i glycans anormali, che sono riconosciuti da un ricevitore particolare trovato sulle celle di uccisore naturali dell'organismo-- una componente critica nel sistema immunitario innato.

Lindsay è ottimista circa gli avanzamenti scientifici ora che aprono una finestra su queste molecole vitali. Tuttavia, le sfide per l'ordinamento del riconoscimento possono essere ardue, specialmente in termini di precisione estrema richiesta in unità dell'elettrodo-nanopore di fabbricazione. La fase prossima del progetto sarà di combinare la tecnologia d'ordinamento per le diverse molecole del carboidrato con un nanopore, permettendo che i thread lineari delle molecole dello zucchero siano letti esattamente fuori.

Source:

Arizona State University