研究碳水化合物的人一直在努力克服的一個主要障礙是，可用來破譯糖的作用的工具有限。作為一種變通辦法，大多數研究人員利用從植物或真菌中分離出來的凝集素(糖結合蛋白)，但它們體積大，結合能力弱，并且在特異性和檢測糖的范圍上受到限制。文章發表在《ACS Chemical Biology》。Barbara Imperiali教授團隊的研究人員開發了一個平臺來解決這一缺陷。

“碳水化合物聚合物的挑戰在于它們的生物合成不是模板驅動的，”Imperiali說，他是該研究的資深作者，也是化學系和生物系的教授。“蛋白質和核酸的技術進步推動了生物學、醫學和生物技術的發展。碳水化合物領域嚴重落后，正在拼命尋找工具。”

識別碳水化合物結合蛋白

生物合成碳水化合物需要一種特定的酶來合成單個糖分子之間的每一個鏈接，而且目前還沒有現成的方法來破譯復雜碳水化合物的結構和序列。碳水化合物的抗體可以產生，但這樣做具有挑戰性，昂貴，并且產生的分子比研究真正需要的要大得多。對于這個機制有限的領域來說，一個理想的資源是發現大小有限的結合蛋白，它可以通過使用這些結合劑來識別小塊的碳水化合物，并將其拼湊成一個結構，或者是檢測和識別復雜結構中的特定碳水化合物的方法。

這項研究的作者使用定向進化和聰明的篩選設計，從完全沒有碳水化合物結合能力的蛋白質中識別出碳水化合物結合蛋白。他們的發現為識別具有多樣化和可編程特異性的碳水化合物結合蛋白奠定了基礎。

簡化操作

這一進步將使研究人員能夠在不受凝集素作用的限制，或不受產生抗體能力的挑戰的情況下，追蹤用戶定義的糖靶標。這些結果可以啟發未來與工程界的合作，以最大限度地提高糖生物學酵母表面顯示管道的效率。事實上，這種管道對蛋白質很有效，但糖是更困難的目標，需要對管道進行修改。

就未來的應用而言，這一創新的潛力從診斷到長期的治療，并為與麻省理工學院及其他研究人員的合作鋪平了道路。例如，化學教授Laura Kiessling的研究小組研究結核分枝桿菌(Mtb)，它具有不同尋常的細胞壁組成，具有獨特的、獨特的和獨特的糖。使用這種方法，粘合劑可以潛在地發展到Mtb上的特定功能。化學工程教授Hadley Sikes開發了基于紙張的診斷工具，其中確定了特定表位或標記的結合伙伴，并使用這一發現，從長遠來看，可以開發橫向流動檢測設備。

為未來的解決方案奠定基礎

在癌癥中，某些糖在細胞表面的比例過高，所以理論上，研究人員可以利用這一發現，這也適用于標記，從進化的聚糖結合劑中開發一種用于檢測的工具。

這一發現也為改善細胞成像做出了重大貢獻。研究人員可以使用簡單的連接策略用熒光團修飾粘合劑，然后可以選擇用于組織或細胞成像的最佳熒光團。例如，Kiessling小組可以使用熒光團標記的小蛋白質粘合劑來檢測細菌糖，從而啟動熒光激活細胞分選，以探測復雜的微生物混合物。這反過來又可以用來確定病人的微生物群是如何受到干擾的。它也有可能篩選患者口腔或其上或下消化道的微生物群，以使用這些類型的試劑讀出群落內的不平衡。在更遙遠的未來，這種結合劑可能具有治療目的，例如根據細菌顯示的糖來清除胃腸道或口腔中的特定細菌。