加载中…糖科学诠释生命的糖衣（下）
(2024-02-26 11:38:59)
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科技日报聚糖 |
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许多情况与体内聚糖产生方式的缺陷或糖基化问题有关，糖基化是碳水化合物附着在蛋白质和其他分子上的过程。这包括某些形式的癌症。癌症细胞甚至被证明可以将自己包裹在某些糖蛋白中以逃避免疫反应。
另一方面，聚糖可能是潜在治疗方法的储存库。例如，血液稀释剂肝素，世界上最畅销的处方药之一，是一种基于碳水化合物的药物。
聚糖和血凝素等糖结合蛋白甚至有助于影响从大脑到肠道的人体粘液层中微生物的交换。悬挂在粘液上的聚糖与微生物相互作用，让好的微生物进入，并通过中断细胞信号或阻止病原体释放毒素来降低有问题的微生物毒力。
推进旧科学的新工具
尽管这种“糖衣”是多么重要，但长期以来，分子生物学家专注于核酸和蛋白质，相对较少关注包裹它们的糖。
Kiessling也是麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的成员，他说：“我们用来检查其他分子功能的工具在很大程度上不适用于聚糖。”
例如，细胞的DNA和RNA序列可以预测细胞制造什么蛋白质，因此科学家可以使用基因编码的标签来跟踪蛋白质在哪里以及它在做什么。但聚糖的结构并没有那么明显地编码在细胞的DNA中，单个蛋白质可以被许多不同的碳水化合物链修饰。
此外，碳水化合物可以采取的形式非常多样，而且它们在血液中很快就会分解，这使得合成聚糖或将其作为药物开发的靶点具有挑战性。因此，需要创造性的新方法来追踪它们。
这是典型的先有鸡后有蛋的情况。随着科学家们更好地理解聚糖在许多生物过程中的重要性，这激励他们开发更好的研究聚糖的工具，从而产生更多关于这些分子能做什么的数据。事实上，2022年，诺贝尔奖授予了斯坦福大学的Carolyn Bertozzi，她是糖生物学的先驱，她和其他人已经将其应用于聚糖。
但人工智能可以促进这一领域的进化飞跃。
里贝克说：“我认为糖生物学比几乎任何其他领域都更成熟，可以进行人工智能解释。”他解释了人工智能如何使科学家能够像读取人类基因组一样读取“聚糖密码”。这将使研究人员能够根据聚糖结构的数据预测其实际功能。从那里，他们可以确定哪些变化会导致疾病或增加疾病易感性，最重要的是，找到修复这些缺陷的方法。
学科内和跨学科的努力
人们对计算越来越感兴趣，这反映了从一开始就定义了糖科学的内在跨学科性。
例如，就在麻省理工学院，相关研究正在整个研究所进行。Kiessling将麻省理工学院描述为“跨学科研究的游乐场”，它在生物技术、癌症研究、脑科学、免疫学等领域的应用取得了重大进展。
在化学系，Kiessling正在研究碳水化合物结合蛋白，以及它们与聚糖的相互作用如何影响免疫系统。她还与生物工程系副教授Bryan Bryson和麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的核心教员Deborah Hung合作，使用碳水化合物类似物来测试南非结核病菌株的差异。与此同时，生物工程助理教授Jessica Stark正在探索更好地了解聚糖在免疫系统中的作用的方法。怀特黑德生物医学研究所研究员Tobi Oni正在寻找聚糖来帮助检测和靶向癌症胰腺肿瘤。1922级生物学和化学教授Barbara Imperiali正在研究包裹细菌等微生物细胞的碳水化合物，化学系的Matthew Shoulders教授正在研究聚糖在合成中的作用。
里贝克说：“我们正处于一个非常令人兴奋和独特的境遇，结合学科来解决和回答与疾病和健康相关的全新问题。”这个领域本身并不新鲜，但新鲜的是麻省理工学院，尤其是通过科学、工程和计算的创造性结合，可以做出的贡献。”
另一方面，聚糖可能是潜在治疗方法的储存库。例如，血液稀释剂肝素，世界上最畅销的处方药之一，是一种基于碳水化合物的药物。
聚糖和血凝素等糖结合蛋白甚至有助于影响从大脑到肠道的人体粘液层中微生物的交换。悬挂在粘液上的聚糖与微生物相互作用，让好的微生物进入，并通过中断细胞信号或阻止病原体释放毒素来降低有问题的微生物毒力。
推进旧科学的新工具
尽管这种“糖衣”是多么重要，但长期以来，分子生物学家专注于核酸和蛋白质，相对较少关注包裹它们的糖。
Kiessling也是麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的成员，他说：“我们用来检查其他分子功能的工具在很大程度上不适用于聚糖。”
例如，细胞的DNA和RNA序列可以预测细胞制造什么蛋白质，因此科学家可以使用基因编码的标签来跟踪蛋白质在哪里以及它在做什么。但聚糖的结构并没有那么明显地编码在细胞的DNA中，单个蛋白质可以被许多不同的碳水化合物链修饰。
此外，碳水化合物可以采取的形式非常多样，而且它们在血液中很快就会分解，这使得合成聚糖或将其作为药物开发的靶点具有挑战性。因此，需要创造性的新方法来追踪它们。
这是典型的先有鸡后有蛋的情况。随着科学家们更好地理解聚糖在许多生物过程中的重要性，这激励他们开发更好的研究聚糖的工具，从而产生更多关于这些分子能做什么的数据。事实上，2022年，诺贝尔奖授予了斯坦福大学的Carolyn Bertozzi，她是糖生物学的先驱，她和其他人已经将其应用于聚糖。
但人工智能可以促进这一领域的进化飞跃。
里贝克说：“我认为糖生物学比几乎任何其他领域都更成熟，可以进行人工智能解释。”他解释了人工智能如何使科学家能够像读取人类基因组一样读取“聚糖密码”。这将使研究人员能够根据聚糖结构的数据预测其实际功能。从那里，他们可以确定哪些变化会导致疾病或增加疾病易感性，最重要的是，找到修复这些缺陷的方法。
学科内和跨学科的努力
人们对计算越来越感兴趣，这反映了从一开始就定义了糖科学的内在跨学科性。
例如，就在麻省理工学院，相关研究正在整个研究所进行。Kiessling将麻省理工学院描述为“跨学科研究的游乐场”，它在生物技术、癌症研究、脑科学、免疫学等领域的应用取得了重大进展。
在化学系，Kiessling正在研究碳水化合物结合蛋白，以及它们与聚糖的相互作用如何影响免疫系统。她还与生物工程系副教授Bryan Bryson和麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的核心教员Deborah Hung合作，使用碳水化合物类似物来测试南非结核病菌株的差异。与此同时，生物工程助理教授Jessica Stark正在探索更好地了解聚糖在免疫系统中的作用的方法。怀特黑德生物医学研究所研究员Tobi Oni正在寻找聚糖来帮助检测和靶向癌症胰腺肿瘤。1922级生物学和化学教授Barbara Imperiali正在研究包裹细菌等微生物细胞的碳水化合物，化学系的Matthew Shoulders教授正在研究聚糖在合成中的作用。
里贝克说：“我们正处于一个非常令人兴奋和独特的境遇，结合学科来解决和回答与疾病和健康相关的全新问题。”这个领域本身并不新鲜，但新鲜的是麻省理工学院，尤其是通过科学、工程和计算的创造性结合，可以做出的贡献。”
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