O pesquisador desenvolve o método novo para identificar exactamente moléculas indescritíveis

Entre as moléculas as mais importantes no mundo vivo são os açúcares ou os hidratos de carbono, que jogam um papel vital em processos da vida. Os açúcares fornecem a fonte principal de combustível para o corpo, protegem os músculos de dano e contribuem-nos à resposta imune. Igualmente actuam como o metabolito chave do cérebro (sob a forma da glicose), a função básica de colocação em movimento e memória e humor da influência. Dysregulation dos hidratos de carbono pode conduzir a uma jangada de doenças principais, incluindo o cancro.

Agora, Stuart Lindsay, um pesquisador no instituto do Biodesign da universidade estadual do Arizona, planejou meios inteligentes de identificar estas moléculas rapidamente e exactamente. Os resultados de sua pesquisa, que aparecem na introdução actual de comunicações da natureza, pavimentam a maneira para uma nova geração de ferramentas analíticas capazes de hidratos de carbono da caça com doninha para fora para o diagnóstico e o tratamento eventual de muitas doenças.

Essencial e misterioso

Embora representassem um dos quatro blocos de apartamentos fundamentais de vida, (junto com proteínas, lipidos e ácidos nucleicos), os hidratos de carbono receberam muito menos exame minucioso dos pesquisadores, até aqui. Uma razão para esta é que os hidratos de carbono podem ocorrer em uma variedade surpreendente de formulários quimicamente similares, que são complicados identificar em amostras biológicas.

Glycobiology--o estudo dos açúcares-- é visto agora como uma área crítica melhorando a saúde humana assim como avançando ciência e a investigação energética de materiais, como os esboços da Academia Nacional das Ciências em um mapa rodoviário para a próxima década do inquérito sério.

O “Glycobiology foi, relativamente falando, em um estado primitivo comparado ao proteomics (o estudo das proteínas) e à genómica (o estudo do ADN) para a razão simples que a informação estrutural não é prontamente - disponível,” Lindsay diz. Os hidratos de carbono formam frequentemente estruturas maiores da grandes variedade e complexidade. “Se você conta acima do número de maneiras que possíveis você pode unir seis moléculas do açúcar, despeja ser sobre um trilhão.”

As técnicas como a espectroscopia em massa são limitadas quando se trata de identificar hidratos de carbono, porque as variações químicas múltiplas ou os isómero de um açúcar dado têm o peso molecular idêntico. Uma outra técnica, conhecida como a ressonância magnética nuclear ou NMR tem sido usada às vezes para a caracterização, mas a precisão e a eficiência da técnica são limitadas, exigindo a pureza excepcional da amostra e uma quantidade importante de hidrato de carbono para a análise. A situação deixou pesquisadores pela maior parte na obscuridade.

Do ruído vem a claridade

A aproximação descrita no estudo novo envolve delicada suspender uma molécula do hidrato de carbono entre um par de eléctrodos. Quando a electricidade é passada através da molécula, libera uma explosão dos pontos actuais, que podem ser medidos e analisado a fim identificar o hidrato de carbono dado. No estudo actual, uma escala larga de moléculas do hidrato de carbono é lida usando o método novo, que Lindsay tem aplicado mais cedo a arranjar em seqüência rápido do ADN e à identificação dos ácidos aminados.

Na primeira inspecção, os pontos actuais produzidos quando as passagens actuais através da molécula parecem ser ruído aleatório, contudo estas explosões da actividade contêm realmente a informação vital que refere-se as características originais de cada molécula. As flutuações actuais consideradas nas experiências representam instantes da condutibilidade do alto e baixo enquanto a molécula treme dentro da diferença entre os eléctrodos e a sua geometria está alterado subtly. Lindsay e sua equipe podiam descodificar a língua desta actividade elétrica sobre muitas iterações, identificando 10 das moléculas as mais comuns do hidrato de carbono com uma precisão de melhor de 90 por cento.

A construção na técnica, que Lindsay chama “arranjar em seqüência pelo reconhecimento,” exigirá que as correntes lineares de moléculas do hidrato de carbono estejam alimentadas através de uma abertura muito estreita, conhecida como um nanopore. Porque cada molécula pica sua cabeça com a abertura minúscula, a corrente passa através dela e lê-se e é-se identificado sequencialmente. Os princípios desta técnica podem ser considerados no vídeo de acompanhamento. (Quando o método mostrado for usado para arranjar em seqüência ácidos aminados um pouco do que moléculas do hidrato de carbono, o princípio básico é o mesmo.)

Uma molécula de muitas faces

As moléculas do açúcar são deceptively simples em sua construção, consistindo apenas no oxigênio, no hidrogênio e no carbono. Quando uma única molécula do açúcar esta presente, sabe-se como um monosaccharide. Os hidratos de carbono simples contêm apenas um ou dois açúcares, tais como a fructose, que é encontrada nos frutos ou na galactose, presente no leite. Um dos monosaccharides os mais críticos é a glicose (C6H12O6), uma molécula criada com a fotossíntese e central para a respiração celular.

A glicose é transportada através dos vasos sanguíneos ao cérebro, cruzando a barreira do sangue-cérebro e produzindo o triphosphate de adenosina (ATP), o formulário preliminar da energia química dentro das pilhas. Quando os neurônios transmitem seus sinais elétricos, os capilares locais dilatam-se, entregando mais sangue, junto com o sangue extra da glicose e o oxigênio-carregado. Compo apenas 2 por cento do peso de corpo, o cérebro não obstante consome aproximadamente 20 por cento do orçamento de energia total do corpo, fazendo ao cérebro um ambiente excepcionalmente glicose-rico.

Outros açúcares são mais complexos. Aqueles que contêm três ou mais açúcares são sabidos como polisacáridos. Estes ramificaram correntes de amidos do formulário dos hidratos de carbono e glycogen para armazenar a energia assim como polisacáridos estruturais como a celulose e a chitina.

Gerentes moleculars

Todas as pilhas vivas são decoradas com uma camada de açúcares (igualmente conhecidos como glycans), fornecendo a identidade da pilha e a tecido-específica. Quando estes glycans forem importantes e nse, sua potência real em sistemas vivos vem das maneiras em que interagem com outras moléculas biológicas. Com um processo conhecido como o glycosylation, o anexo dos glycans a e aumenta a função das proteínas, lipidos e os ácidos nucleicos em pesquisadores das maneiras começaram somente a sondar.

Glycans é encontrado através da Web da vida, no archaea, nas bactérias e em organismos eucarióticas. Seu espectro largo da actividade é crucial para a revelação, o crescimento, o funcionamento e a sobrevivência de um organismo. Entre suas funções numerosas nas pilhas, contribuem à integridade física e estrutural, à formação extracelular da matriz, à transdução do sinal, à dobradura de proteína e à troca de informação entre pilhas e micróbios patogénicos. São igualmente alvos freqüentes para o emperramento de toxinas microbianas.

No sistema imunitário humano, as seqüências glycan micróbio-específicas encontradas nas bactérias, vírus, e os fungos, provocam uma resposta imune. Glycans é importante para a adesão e o movimento de pilha, guiando os glóbulos brancos ao local de ferimento ou da infecção, por exemplo. Glycans é conseqüentemente candidatos altamente prometedores para a descoberta terapêutica da droga e como marcadores diagnósticos da doença.

Agentes da doença e da saúde

Sobre 50 por cento de todas as proteínas do ser humano submeta-se ao glycosylation, quando as aberrações no glycosylation forem ligadas com a transformação das pilhas de um saudável a um estado cancerígeno. Porque arranjar em seqüência do reconhecimento pode finamente discriminar entre açúcares individuais a único nível da molécula, a técnica mantem a promessa da detecção precisa de biomarkers do cancro--balizas do aviso prévio das proteínas directas rastreáveis da doença encontradas no sangue.

As moléculas glycan aberrantes foram implicadas clìnica em uma escala de incluir mortal dos cancros ovariano, de próstata, de pancreático, fígado, mieloma múltiplo, peito, pulmão, gástrica, tiróide e colorectal. É acto anormal acreditado destes glycans para facilitar a metástase. A presença comum de glycans aberrantes em pilhas do tumor faz-lhes bons candidatos para biomarkers da doença, se podem exactamente ser identificados.

Adicionalmente, os glycans são envolvidos na discriminação do auto contra o não-auto, que pode jogar um papel importante na patologia de várias doenças auto-imunes. As pilhas do tumor, por exemplo, produzem os glycans anormais, que são reconhecidos por um receptor particular encontrado nas pilhas de assassino naturais do corpo-- um componente crítico no sistema imunitário inato.

Lindsay é optimista sobre os avanços científicos que abrem agora um indicador nestas moléculas vitais. Não obstante, os desafios para arranjar em seqüência do reconhecimento podem ser formidáveis, particularmente em termos da precisão extrema exigida em dispositivos do eléctrodo-nanopore da fabricação. A próxima fase do projecto será combinar a tecnologia arranjando em seqüência para moléculas individuais do hidrato de carbono com um nanopore, permitindo que as roscas lineares de moléculas do açúcar sejam lidas para fora exactamente.

Source:

Arizona State University