När du tänker på socker, du tänker förmodligen på det söta, vit, kristallint bordsocker som du använder för att göra kakor eller söta ditt kaffe. Men visste du att inom vår kropp, enkla sockermolekyler kan kopplas samman för att skapa kraftfulla strukturer som nyligen har visat sig vara kopplade till hälsoproblem, inklusive cancer, åldrande och autoimmuna sjukdomar.

Dessa långa sockerkedjor som täcker var och en av våra celler kallas glykaner, och enligt National Academy of Sciences, Att skapa en karta över deras plats och struktur kommer att leda oss in i en ny era av modern medicin. Detta beror på att det mänskliga glykomet – hela samlingen av sockerarter i vår kropp – innehåller glykaner som ännu inte har upptäckts med potential att hjälpa läkare att diagnostisera och behandla sina patienter.

Tack vare den världsomspännande uppmärksamhet som uppmärksammades av 2003 års slutförande av Human Genome Project, de flesta har hört talas om DNA, genomik och till och med proteomik – studiet av proteiner. Men studiet av glykaner, även känd som glykomik, är cirka 20 år efter andra områden. En anledning till denna fördröjning är att forskare inte har utvecklat verktygen för att snabbt identifiera glykanstrukturer och deras fästpunkter på människors celler. "Sockercoaten" har varit något av ett mysterium.

Tills nu, det är.

Medan de flesta laboratorier fokuserar på cellulär eller molekylär forskning, vårt labb är dedikerat till att utveckla teknologi för att snabbt karakterisera glykanstrukturer och deras fästplatser. Vårt yttersta mål är att katalogisera hundratusentals sockerarter och deras platser på olika celltyper, och sedan använda denna information för att skräddarsy medicinska behandlingar för varje individ.

Varför bryr vi oss om glykaner?

I framtiden, Det är troligt att analys av en individs glykaner kommer att användas för att förutsäga vår risk för att utveckla sjukdomar som reumatoid artrit, cancer eller till och med matallergier. Detta beror på att glykomförändringar specifikt kan kopplas till särskilda sjukdomstillstånd. Också, biologiska processer som åldrande är kopplade till inflammation i vårt glykom. Det återstår att testa om att vända dessa förändringar kan bidra till att förebygga sjukdom, eller till och med långsamt åldrande – en spännande möjlighet.

Tillsammans med DNA, proteiner, och fetter, glykaner är en av de fyra stora makromolekylerna som är nödvändiga för livet. Av dessa fyra glykaner är de sista avgörandena i hur våra celler beter sig.

DNA orkestrerar hur vi ser ut, vår förmåga att tänka och bete sig, och bestämmer till och med vilka sjukdomar vi är mest mottagliga för. Inom vårt DNA finns korta segment, gener, som ofta innehåller instruktioner för hur man syntetiserar proteiner. Proteiner är i sin tur cellens "arbetshästar", utföra många av de funktioner som är nödvändiga för livet.

Dock, hur ett protein beter sig beror ofta på vilka glykaner som är fästa vid det. Med andra ord, dessa sockermolekyler kan i hög grad påverka hur våra proteiner gör sitt arbete, och även hur våra celler kommer att reagera på stimuli. Till exempel, om du byter några glykaner på utsidan av en cell, det kan få den cellen att migrera till en annan plats i vår kropp.

Glykanernas huvudsakliga uppgift är att modifiera proteinerna och fetterna som sitter på ytan av våra celler. Tillsammans, de skapar ett tjockt sockerskikt runt cellen. Om vi ​​betraktar cellens yta som jord, då skulle glykaner vara det underbart mångsidiga växtlivet och lövverket som växer fram och ger färg och identitet till cellen. Faktiskt, om du kunde se en cell med blotta ögat, det skulle se väldigt flummigt ut. Tänk dig en persika med 10 gånger mer fuzz.

Glykaner märker våra egna celler och identifierar dem som "själv"

Luddigheten runt en cell är dess glykanhölje. Att vara på utsidan av våra celler, glykaner är den första kontaktpunkten för de flesta cellulära interaktioner och påverkar därmed hur våra celler kommunicerar med varandra. Du kan också tänka på glykanerna som en unik cellulär "streckkod". Således, en njurcells fuzz kommer att se annorlunda ut än en immuncells fuzz. Men det finns också likheter. Faktiskt, immuncellerna som undersöker vår kropp och letar efter patogener vet att de inte attackerar våra egna "jag"-celler på grund av gemensamma drag i glykan-"streckkoden" som delas av alla celler i vår kropp.

I kontrast, bakterier och parasiter som malaria har olika "sockercoats" som inte syns på mänskliga celler. När bakteriesocker är märkta som "främmande, " en persons immunförsvar riktar sig mot bakterien för att förstöras. vissa skadliga bakteriella patogener som grupp B streptokocker, som vanligtvis orsakar allvarliga infektioner hos spädbarn, kan undvika immundetektering genom att imitera mänskliga celler genom att bära liknande glykaner som en förklädnad – som vargen klädd i fårskinn.

Tyvärr kan vissa patogener också använda våra glykaner för att hjälpa dem att orsaka sjukdomar. Dödliga virus som hiv och ebola har utvecklats för att få tag i specifika glykaner som de sedan "låser fast" på när de infekterar våra mänskliga celler. Terapier som antingen blockerar dessa virus från att interagera med våra glykaner, eller att attackvirusspecifika glykaner kan vara en ny väg för att behandla dessa infektioner.

Ny forskning har också visat att glykaner spelar en stor roll i utvecklingen av autoimmuna sjukdomar som reumatoid artrit och autoimmun pankreatit. Detta är inte förvånande eftersom glykaner direkt påverkar funktionen hos immunceller.

I vanliga fall, våra immunceller fungerar som vår kropps "försvarssystem, " och identifiera och förstöra främmande inkräktare som skadliga bakterier eller virus. Men när kroppen av misstag märker våra egna celler som fienden och gör en intern attack mot sig själv, autoimmunitet föds. Intressant, i sådana fall, det är glykanerna som finns på de felaktiga självanfallande antikropparna som kommer att diktera styrkan i attacken på kroppen. Detta onormala immunsvar kan till och med riktas mot glykaner. Till exempel, immunförsvaret kan missta "själv" glykaner som om de vore "främmande" molekyler. Vårt forskarlag publicerade nyligen en artikel som introducerade glykanteorin om autoimmunitet, som förklarar några av dessa samband.

Glykaner i vår mat kan utlösa immunsvar

Det har gjorts många studier som kopplar samman konsumtion av rött kött med sjukdomar som åderförkalkning och diabetes, men de har inte kunnat visa varför eller hur detta inträffar förrän nyligen. En spännande studie tyder på att den skyldige var ett socker med det svårhanterliga namnet, icke-human sialin-N-glykolylneuraminsyra, eller Neu5Gc för kort. Neu5Gc finns i alla däggdjur utom människor, eftersom de tidiga människorna som kunde göra Neu5Gc dog av en uråldrig malariaparasit.

Dock, även om vi nu saknar förmågan att producera Neu5Gc, våra kroppar har fortfarande förmågan att införliva det i glykanerna på våra celler om vi får det genom att äta rött kött. När det väl blir en del av våra cellers glykanhölje, våra celler har då en "främmande" substans – Neu5Gc – som omger dem. Detta kan utlösa inflammation i hela kroppen eftersom vårt immunsystem känner igen Neu5Gc som "främmande" och attackerar det. Den kroniska inflammationen som orsakas av dessa inre attacker kan leda till hjärtinfarkt, stroke och även cancer.

Våra kroppar syntetiserar tiotusentals unika glykaner, ofta med grenstrukturer bildade av enkla sockerbyggstenar. Proteiner eller fetter kan också modifieras av dussintals unika glykaner. Dessa otaliga kombinationer gör kartläggning av glykaner till en svår uppgift eftersom vi behöver ett praktiskt och effektivt sätt att analysera hundratusentals glykanmönster.

Vårt forskarlag har nu utvecklat metoder för att snabbt och robust övervaka det mänskliga glykomet. Genom att dra nytta av tekniska framsteg och förbättringar i provbearbetning, vår teknik kan övervaka tusentals glykaner samtidigt, vilket gör att vi kan karakterisera glykanerna i celler från friska kontroller och patienter med en mängd olika sjukdomar. Vårt mål är att använda dessa data för att utveckla prediktiva modeller för att hjälpa kliniker att diagnostisera och behandla alla mänskliga sjukdomar. Vi tror att en ny våg av medicinska framsteg kommer när vi låser upp "sockerkoden".

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.