帮你远离“甜美的烦恼” 糖生物学或解开疾病要害暗码

未分类

帮你远离“甜美的烦恼” 糖生物学或解开疾病要害暗码
科技日报记者 唐 芳  视觉我国供图糖和蛋白质、核酸、脂类是构成生命体的4种生物大分子。糖参加了人的发育及生老病死的每一个生命进程,就连人的血型也由糖决议。不过百年来,糖的研讨一度被人萧瑟,本年新冠病毒引发全球疫情,再度令糖的重要性浮出水面。“在人类与病毒长年累月的战役中,一种新的‘兵器’正在研制运用中,这便是糖生物学。”近来举行的国际顶尖科学家论坛上,糖生物学创始人、英国政府首席病毒科学家雷蒙德·德威克教授如是说。比蛋白质和核酸带着更多信息“假如生物学研讨是一张桌子,糖生物学比如桌上的一只杯子。但实际上整个生物学范畴都和糖有相关。”承受科技日报记者采访时,国内糖生物学家、上海交通大学教授张延这样描绘糖生物学的重要位置。糖结构的多样性使它带着的信息量远超蛋白质、核酸与脂肪带着信息量的总和。不过,受制于糖结构的杂乱性和研讨办法的局限性,人们对糖的研讨与认知远落后于核酸、蛋白质。诚如《糖组学手册》首要作者理查德·库明斯所言,“二十世纪的糖生物学家们好像在地狱中打开研讨。”张延2011年为本书中文版作序时却写道,“二十一世纪的糖生物学家是高兴的。”让科学家们又爱又恨的糖,究竟是怎样一种物质?闻名糖化学专家、北京大学药学院副院长叶新山教授对科技日报记者表明,糖是动物、植物和微生物等生命体必不可少的一类物质,首要有单糖、双糖、寡糖和多糖。食物中最常见的单糖是葡萄糖,它供给生命体最基本的能量。淀粉则是一种多糖,它能降解为葡萄糖。“值得注重的是,人体细胞50%以上的蛋白质披着一件‘糖衣’,以糖蛋白的方法存在和发挥效果。”叶新山着重,人们越来越知道到,生命科学的许多问题不只是蛋白质水平上的问题,更是糖蛋白水平上的问题。“糖生物学是生命科学中不可或缺的研讨分支,其研讨规模涵盖了基因水平、蛋白水平、细胞生物学和个别生理病理的研讨,是一个多学科穿插的前沿学科。”张延解释道,糖生物学研讨答复人体的糖链(多糖或聚糖)在细胞的什么地方、怎样构成;从分子水平提醒它的结构、它和什么分子结兼并蕴含了怎样的信息;又怎么发挥生物学功用等问题。叶新山以为,蛋白质和核酸研讨展开很快,人们对生命的知道和了解想再向前一步,还需对糖类打开研讨。“糖的绝大大都功用仍是不知道的奥妙,假如打开了这一扇大门,人类与疾病的奋斗必然更有掌握。”他说。大都疾病背面都能找到“糖”的影子糖链与人类健康休戚相关,简直触及一切疾病品种。现在,人们现已知道,糖链与感染性疾病、免疫性疾病、心血管疾病、肿瘤、神经变性型疾病均密切相关。当时生物学家所注重的糖链,首要指与蛋白质、脂类等结合,由葡萄糖、半乳糖等10种单糖分子组合而成的细胞结构物质(链状物),如糖蛋白和糖脂。张延介绍道,糖被发现近200年来,仅人体的糖链品种就超越1000种,自然界中糖链的品种有记载的估量在1万到2万种。糖链呈现出巨大的物种结构多样性和细胞类型特异性,构成了其特定生物功用的根底。“但人类对糖链的认知仍非常有限,是疾病应战人类的高地和险关。”张延进一步阐讲述,糖链决议人的血型,人类第9号染色体上存在着决议ABO血型的糖基搬运酶等位基因。糖链由糖基搬运酶组成,来自爸爸妈妈等位基因中的糖基搬运酶基因差异导致了糖链结构的差异,所以ABO血型由糖链结构决议;糖链赋予肿瘤细胞、病毒等免疫功用,即肿瘤在发生、展开、搬运进程中都有糖链参加,病毒的感染机制如新冠病毒、流感病毒、艾滋病毒、乙肝病毒、禽流感病毒都是经过糖和蛋白的相互效果完成;血液肿瘤标志物均是糖蛋白或糖链;糖链改动血脂蛋白结构与心血管疾病相关;糖链组成缺失形成各种神经性疾病,如阿尔茨海默症与糖蛋白或糖脂反常有联系;IgG糖链(人体感染后发生的抗体)的改动与本身免疫性疾病如风湿性关节炎相关。此外,糖尿病跟人体糖代谢反常直接相关。以糖链为根底的确诊办法、药物和疫苗正在广泛研制运用中。叶新山介绍了3个现已上市使用的典型医疗产品:肝癌的前期确诊分子标志物甲胎蛋白(AFP)便是一种糖蛋白,美国食物与药物管理局(FDA)现已批准其作为临床确诊方针,其前期确诊率到达70%;抗流感病毒药物达菲可以按捺病毒的唾液酸苷酶,到达按捺流感病毒开释的效果,现已成为流感、禽流感医治的一线用药;拜糖平是操控糖尿病患者餐后血糖的一线糖类药物,含有的淀粉酶按捺剂能让淀粉在人体胃肠道内的降解变缓,以此下降血糖浓度。叶新山表明,以糖为根底的肿瘤疫苗也正在研制之中。“现在许多疾病难以霸占,问题都在于糖的效果机制没有彻底搞清楚。新冠病毒外表糖蛋白的效果机制仍旧是谜,破解这道难题将为疫苗和药物研制供给更为明晰的途径。与此相似,肿瘤发生机制也还笼罩在迷雾之中,特别是糖在这些进程中起什么效果,然后导致以糖为根底的肿瘤疫苗在研制规划中靶标还不非常明晰。”叶新山说。解析“糖”暗码的技能不断改造“糖科学研讨的天空中有两朵‘乌云’,一是糖的组成,二是糖的结构测定。榜首朵乌云正在散失,科学家们逐步可以在实验室快速组成所需的糖。第二朵乌云的遣散有赖于新的测序剖析技能的展开。”叶新山常对学生们如此说道。研讨办法和技能的展开是糖生物学展开的重要动能。张延介绍道:“糖生物学研讨从基因、蛋白质、细胞和个别水平打开研讨,在日常研讨中,咱们实验室的学生归纳运用了基因修改、细胞生物学、蛋白质组学、生物信息学等技能。”环绕糖的功用,叶新山将糖科学的研讨技能总结为四类:生物学手法使用基因修改技能研讨糖的功用;化学手法经过糖链组成验证糖的功用;化学生物学手法使用探针和符号方法研讨糖链的功用;质谱手法研讨杂乱糖链的结构。除了惯例的生物学研讨手法外,张延以为,糖生物学的研讨需求针对糖链结构剖析的色谱质谱技能、凝集素芯片、糖链芯片技能;针对组成糖链的糖基搬运酶结构以及糖复合物如糖蛋白的三维结构解析技能;组成糖链的化学酶法糖工程技能;细胞糖链调查的示踪印象技能手法;还需求树立与糖链信息相关的国际大数据库。在丰厚的研讨手法助力之下,叶新山对糖生物学的未来充满信心。“跟着科学家对糖的功用跟疾病相关机理的根底研讨越来越深化,与糖相关的药物、疫苗、确诊试剂等也将进入大展开时期。”他说。相关链接国际糖生物学研讨如火如荼糖生物学研讨在欧洲国家、美国和日本得到遍及注重和继续支撑。“这些国际项目有一个一起的特色,即政府牵头大力打开糖相关的根底性研讨,从糖组学视点解析糖的功用。”叶新山说。“日本政府近30年来在糖科学范畴已继续性出资支撑前沿根底研讨和根据糖链的新技能开发,估计在未来的10到20年间,糖科学将在立异药物以及医疗确诊职业获得严重突破和产出。”张延表明。叶新山泄漏,大约30年前,欧美的基因科学走在国际最前沿,日本所以雄心壮志地想在糖类研讨上占有先机,因而对糖科学研讨的经费支撑力度很大。糖科学肇始于欧洲,张延表明,欧盟的糖科学展开形式对我国具有很强的启示含义。在欧盟ERU框架下, 糖科学研讨方向项目如Glycoskin (2018—2023)这一项的出资约200万欧元。北欧国家除了国家专项支撑外,还出台方针增强了科研投入的积极性。记者了解到,我国糖科学研讨大多是其他项目的子项目,支撑力度比核酸、蛋白质研讨支撑的力度要小。专家们呼吁,我国迫切需求建立好像蛋白质严重专项、感染病严重专项等中心方针清晰的“糖类生物大分子”国家严重专项。

Write a Comment

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注