I dag, socker har ett skurkaktigt rykte. Och även om för mycket av det söta bör undvikas, alla levande varelser behöver socker för att överleva. "Det biologiska universum är belagt med sockerarter, " sa Samuel M. Levi och Qiuhan Li, doktorander vid Harvard Universitys avdelning för kemi och kemisk biologi. "Celler, bakterie, virus och andra organismer använder socker som kommunikationsmedel, erkännande, och till och med försvar." Naturen körs bokstavligen på sockerarter.

Än, som övernitiska dietister, syntetiska kemister undviker vanligtvis sockerarter. Natur, en expert kemist, kan flytta sötsakerna från en molekyl till en annan med avundsvärd finess. Men i labbet, forskare kämpar för att fästa bara en sockermolekyl till en annan kemisk enhet, en process som kallas glykosylering. Forskare förlitar sig på denna metod för att studera biologiska processer och för att skapa så viktiga substanser som läkemedel och vacciner.

Enligt Levi och Li, "Det finns många metoder för att utföra kemisk glykosylering, [men] deras användning förblir reserverad för experter inom kolhydratkemi." att utöka denna expertis till icke-specialister, teamet såg till naturen för vägledning.

På egen hand, naturen utför glykosylering, och gör även DNA, RNA, proteiner och andra polymerer med hjälp av fosfater. För att inducera glykosyleringar i labbet, de flesta syntetiska kemister väljer snabbare att reagera halogenider och sulfinater framför fosfater. Så, medan naturens val kan vara långsamma att reagera, de är mycket stabilare än labbets go-tos. Vad mer, enzymer - de små gnistorna som antänder en reaktion - kan lätt känna igen fosfatmonomerer, påskynda vägen till reaktion och produkt.

Men, tills nyligen, forskare har misslyckats med att utnyttja dessa naturliga fördelar. Om en ingrediens är långsam att reagera, kemister ger det ett knuff, ofta i form av värme, energi, eller en väldesignad katalysator. Fosfater behöver ett knuff; och, utan en lämplig katalysator, forskare använder vanligtvis hög, flyktiga temperaturer. Utanför labbet, naturliga reaktioner använder fosfater utan brinnande krångel, men som en stolt kock, naturen bevakar sina kemiska hemligheter väl. Nu, i en tidning publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , Erik Jacobsen, Professor i kemi och kemisk biologi, tillsammans med Levi, Li, och Andreas R. Rötheli, har avslöjat en naturlig hemlighet:en "exakt designad vätebindningsdonatorkatalysator."

Teamet upptäckte att med denna robusta katalysator, fosfat binder "19 gånger starkare än kloriden, "en annan vanlig reaktionsingrediens. Och, det kan binda socker till aminosyror, naturprodukter, och läkemedelsmolekyler "under milda, neutral, och användarvänliga förhållanden, " förklarade Levi och Li. Med sin metod, katalysatorn ger en nödvändig men mild knuff, locka fosfat för att komma till jobbet.

Det finns, som alltid, begränsningar för metoden:Ibland, den behöver pyssla med skräddarsydda reaktionsförhållanden och substrat. Också, det kräver användning av en ganska komplicerad katalysator enligt småmolekylära standarder, en som kräver över 10 laboratoriesteg för att syntetisera.

Går vidare, teamet planerar att utöka sin metods repertoar till att omfatta nya typer av socker, särskilt de mest envisa av deras liknande (mannosider, rhamnosider, och furanoser, till exempel). För att dela deras (och naturens) hemlighet, de avser också att kommersialisera katalysatorerna, möjliggör utbredd användning. Sålänge, deras metod kan skapa sockerarter som ger avgörande biomedicinsk nytta, som nya vacciner och läkemedel för att behandla många mänskliga sjukdomar och sjukdomar, även cancer. Det är klart att, som syntetiska kemister, vi behöver socker. För mycket kan skada vår hälsa, men rätt mängd kan hjälpa oss att läka.