Celler från alla levande organismer är täckta av ett tätt lager av mycket komplexa kolhydrater. Dessa kolhydrater, som också är kända som glykaner, är viktiga förmedlare av ett brett spektrum av biologiska och sjukdomsprocesser. För att studera glykaner i detalj, forskare behövde slutföra en produktionsprocess som involverade mer än 100 kemiska steg, men forskare vid Utrecht University har nyligen utformat en process som är mycket snabbare och mer effektiv. Forskarna publicerade sina resultat i Naturkemi .

Stam och grenar

Glykaner spelar nyckelroller i många biologiska och sjukdomsprocesser, från embryogenes, till immunreglering, för att hämma inflammation och cancer. Glykaner kan användas som en biomarkör för att identifiera cancerceller, men de är också väsentliga komponenter i de flesta biobaserade läkemedel.

Glykaner är, dock, mycket mer komplex än DNA eller proteiner:de består av en stam med två till fyra asymmetriska grenar, och ju fler grenar de har, desto mer komplicerade är de att syntetisera. Faktiskt, det tar ofta upp till 100 kemiska steg för att producera glykaner i labbet.

Utrecht University forskare Geert-Jan Boons och Gerlof Bosman vill ändra på det, i nära samarbete med deras kollegor vid University of Georgia i USA "Vi tar i princip kontroll över biosyntesen av glykaner, " säger Boons. Forskarna har utvecklat en metod som utgår från en glykopeptid som lätt kan erhållas från äggulepulver som en byggsten för att producera glykaner.

Beskärning för att växa

Det första steget i den nya produktionsprocessen är att "trimma" glykopeptiden, tills endast stammen och förgreningspunkterna är kvar. Forskarna kan individuellt aktivera eller avaktivera varje förgreningspunkt, så att de kan växa igen grenarna en i taget genom att blockera var och en av dem individuellt och sedan administrera enzymer som kan bygga specifika grenar. Detta gör att forskarna kan fästa glykanens asymmetriska grenar på stammen på ett kontrollerat sätt.

Tio steg

Med denna nya metod, forskarna kunde dramatiskt skära ner produktionsprocessen till endast tio steg. Boons förklarar:"Vi använde glykopeptiden för att producera ämnet glykosyl-asparagin, en aminosyra som innehåller ett socker. Vi förde sedan glykosyl-asparaginet genom fem kemiska och enzymatiska steg, vilket resulterar i en förening med två grenar. Efter denna första process, där vi replikerar den naturliga produktionsprocessen, vi använde sedan rekombinanta enzymer för att producera en glykosyl-asparagin med fyra grenar i bara fem ytterligare steg. Denna förening är grunden för produktionen av ett brett spektrum av N-glykaner som spelar roller i många sjukdomsprocesser såsom cancer och virusinfektioner men kan också användas för produktion av bioläkemedel.