El investigador desarrolla nuevo método para determinar exacto las moléculas evasivas

Entre las moléculas más importantes del mundo vivo son los azúcares o los hidratos de carbono, que desempeñan un papel vital en procesos de la vida. Los azúcares ofrecen la fuente principal del combustible para la carrocería, protegen los músculos contra daño y contribuyen a la inmunorespuesta. También actúan como el metabilito dominante del cerebro (bajo la forma de glucosa), función básica que mueve por motor y memoria y humor de la influencia. Dysregulation de hidratos de carbono puede llevar a un balsa de enfermedades importantes, incluyendo cáncer.

Ahora, Estuardo Lindsay, investigador en el instituto de Biodesign de la universidad de estado de Arizona, ha ideado los medios listos de determinar estas moléculas rápidamente y exacto. Los resultados de su investigación, que aparecen en la aplicación actual las comunicaciones de la naturaleza, pavimentan la manera para una nueva generación de herramientas analíticas capaces de ferreting fuera los hidratos de carbono para la diagnosis y el tratamiento eventual de muchas enfermedades.

Esencial y misterioso

Aunque representen uno de los cuatro bloques huecos fundamentales de la vida, (junto con las proteínas, los lípidos y los ácidos nucléicos), los hidratos de carbono han recibido mucho menos escrutinio de investigadores, hasta ahora. Una razón de esto es que los hidratos de carbono pueden ocurrir en una variedad asombrosa de formas químicamente similares, que son difíciles determinar en muestras biológicas.

Glycobiology--el estudio de azúcares-- ahora se ve como área crítica para perfeccionar salud humana así como avance investigación en la ciencia material y materias energéticas, como la National Academy of Sciences los contornos en un mapa itinerario para la década próxima de pregunta seria.

El “Glycobiology ha sido, relativamente hablando, en un estado primitivo comparado al proteomics (el estudio de proteínas) y la genómica (el estudio de la DNA) por la razón simple que la información estructural no es fácilmente disponible,” Lindsay dice. Los hidratos de carbono forman a menudo estructuras más grandes de la grandes variedad y complejidad. “Si usted cuenta encima del número de maneras posibles que usted puede poner seis moléculas del azúcar juntas, resulta ser alrededor de un trillón.”

Las técnicas como la espectroscopia en masa son limitadas cuando se trata de determinar los hidratos de carbono, pues las variantes químicas múltiples o los isómeros de un azúcar dado tienen peso molecular idéntico. Otra técnica, conocida como de resonancia magnética o RMN nuclear se ha utilizado a veces para la caracterización, pero la exactitud y la eficiencia de la técnica son limitadas, requiriendo pureza excepcional de la muestra y una cantidad importante de hidrato de carbono para el análisis. La situación ha dejado a investigadores en gran parte en la oscuridad.

De ruido viene la claridad

La aproximación descrita en el nuevo estudio implica delicado el suspender de una molécula del hidrato de carbono entre un par de electrodos. Cuando la electricidad se pasa a través de la molécula, libera una explosión de los picos actuales, que se pueden medir y analizar para determinar el hidrato de carbono dado. En el actual estudio, una amplia gama de moléculas del hidrato de carbono se leen usando el nuevo método, que Lindsay ha aplicado anterior a la secuencia rápida de la DNA y a la identificación de aminoácidos.

En la primera inspección, los picos actuales producidos cuando los pases actuales a través de la molécula aparecen ser ruido al azar, con todo estas explosiones de la actividad contienen real la información vital referente a las características únicas de cada molécula. Las fluctuaciones actuales consideradas en los experimentos representan instantes de la conductividad del cielo y tierra mientras que la molécula tiembla dentro del entrehierro entre los electrodos y su geometría se altera sutil. Lindsay y sus personas podían decodificar el lenguaje de esta actividad eléctrica sobre muchas iteraciones, determinando 10 de las moléculas mas comunes del hidrato de carbono con una exactitud del mejor de 90 por ciento.

El edificio en la técnica, que Lindsay llama “secuencia por el reconocimiento,” requerirá que las cadenas lineales de las moléculas del hidrato de carbono estén introducidas a través de una apertura muy estrecha, conocida como nanopore. Pues cada molécula empuja su cabeza con el orificio minúsculo, la corriente pasa a través de ella y se lee y se determina secuencialmente. Los fundamentos de esta técnica se pueden considerar en el vídeo acompañante. (Mientras que el método mostrado se utiliza para ordenar los aminoácidos bastante que las moléculas del hidrato de carbono, el principio de base es lo mismo.)

Una molécula de muchas caras

Las moléculas del azúcar son engañoso simples en su construcción, consistiendo en apenas el oxígeno, el hidrógeno y el carbono. Cuando una única molécula del azúcar está presente, se conoce como monosacárido. Los hidratos de carbono simples contienen apenas uno o dos azúcares, tales como fructosa, que se encuentra en frutas o galactosa, presente en leche. Uno de los monosacáridos más críticos es la glucosa (C6H12O6), una molécula creada con fotosíntesis y central para la respiración celular.

La glucosa se transporta a través de los vasos sanguíneos al cerebro, cruzando la barrera hematoencefálica y produciendo el trifosfato de adenosina (ATP), la forma primaria de la energía química dentro de las células. Cuando las neuronas transmiten sus señales eléctricas, los capilares locales dilatan, entregando más sangre, junto con sangre extra de la glucosa y oxígeno-cargado. Componiendo el apenas 2 por ciento del peso corporal, el cerebro sin embargo consume el cerca de 20 por ciento del presupuesto de la energía total de la carrocería, haciendo el cerebro un ambiente excepcionalmente glucosa-rico.

Otros azúcares son más complejos. Ésos que contienen tres o más azúcares se conocen como polisacáridos. Éstos se ramificaron las cadenas de los almidones de la forma de los hidratos de carbono y glicógeno para salvar energía así como los polisacáridos estructurales como la celulosa y la quitina.

Gerentes moleculares

Todas las células vivas se adornan con una capa de azúcares (también conocidos como glycans), ofreciendo la identidad de la célula y tejido-específica. Mientras que estos glycans son importantes en y de ellos mismos, su potencia real en sistemas vivos viene de las maneras de las cuales obran recíprocamente con otras moléculas biológicas. Con un proceso conocido como glycosylation, la fijación de los glycans a y aumenta la función de las proteínas, lípidos y los ácidos nucléicos en investigadores de las maneras han comenzado solamente a sondar.

Glycans se encuentra a través de la membrana de la vida, en archaea, bacterias y organismos eucarióticos. Su amplia gama de la actividad es crucial para el revelado, el incremento, el funcionamiento y la supervivencia de un organismo. Entre sus funciones numerosas en células, contribuyen a la integridad física y estructural, a la formación extracelular de la matriz, a la transducción de la señal, al plegamiento de proteína y al intercambio de información entre las células y los patógeno. Son también objetivos frecuentes para el atascamiento de toxinas microbianas.

En el sistema inmune humano, las series glycan patógeno-específicas encontradas en las bacterias, virus, y los hongos, accionan una inmunorespuesta. Glycans es importante para la adherencia y el movimiento de célula, conduciendo a los glóbulos blancos al sitio del daño o de la infección, por ejemplo. Glycans es por lo tanto candidatos altamente prometedores a descubrimiento terapéutico de la droga y como marcadores diagnósticos de la enfermedad.

Agentes de la enfermedad y de la salud

Sobre el 50 por ciento de todas las proteínas del ser humano experimente el glycosylation, mientras que las aberraciones en el glycosylation se conectan a la transformación de células de un sano a un estado cacerígeno. Porque la secuencia del reconocimiento puede discriminar fino entre los azúcares individuales en el único nivel de la molécula, la técnica mantiene la promesa de la detección exacta de los biomarkers del cáncer--balizas de la detección temprana de las proteínas directas detectables de la enfermedad encontradas en la sangre.

Las moléculas glycan aberrantes se han implicado clínico en un alcance de cánceres mortales incluyendo ovárico, la próstata, pancreático, hígado, mieloma múltiple, pecho, pulmón, gástrico, tiroides y colorrectal. Es acto anormal creído de estos glycans para facilitar la metástasis. La presencia común de glycans aberrantes en células del tumor les hace a los buenos candidatos a biomarkers de la enfermedad, si pueden ser determinados exacto.

Además, los glycans están implicados en la discriminación del uno mismo comparado con el no-uno mismo, que puede desempeñar un papel importante en la patología de diversas enfermedades autoinmunes. Las células del tumor, por ejemplo, producen los glycans anormales, que son reconocidos por un receptor determinado encontrado en las células del asesino naturales de la carrocería-- un componente crítico en el sistema inmune natural.

Lindsay es optimista sobre los avances científicos ahora que abren una ventana sobre estas moléculas vitales. Sin embargo, los retos para la secuencia del reconocimiento pueden ser formidables, determinado en términos de precisión extrema requerida en dispositivos del electrodo-nanopore de la fabricación. La fase próxima del proyecto será combinar la tecnología de secuencia para las moléculas individuales del hidrato de carbono con un nanopore, permitiendo que las roscas lineales de las moléculas del azúcar sean leídas exacto.

Source:

Arizona State University