新しい発見：砂糖折り紙へ

Jul 12, 2023

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マックス プランク コロイド界面研究所 (MPICI) の研究者は、安定した二次構造に折りたたむことができる炭水化物配列を設計しました。 これまで、このような自己折り畳み型生体高分子は DNA とタンパク質に対してのみ開発されており、糖は柔軟性がありすぎて安定した構造をとることができないと考えられていました。 折りたたまれた炭水化物は、生物医学と材料科学においてまったく新しい展望を開く可能性があります。

© マックス・プランク・コロイド界面研究所 / マルティナ・デルビアンコ

炭水化物は地球のバイオマスの約 80% を占め、半分は陸地、半分は海にあります。 しかし、それらの材料特性はまだほとんど理解されていません。 生体分子システム学科のマルティナ・デルビアンコ博士が率いる研究者らは、多糖類、つまり糖の長鎖がどのように折り畳まれて集合して材料になるかに興味を持っています。 たとえば、個々のグルコース鎖がどのように結合して植物の主成分であるセルロースを生成するかを発見しました。 この知識を利用して、彼らは現在、非天然炭水化物を設計しています。 彼らの研究はペプチド研究 (短いタンパク質) からインスピレーションを受けています。 天然タンパク質に関する知識は、プログラム可能な 3D 形状を採用し、特定の機能を実行できる合成ペプチド配列を設計するために使用されました。 このアプローチは、たとえば医薬品生産やナノテクノロジーなど、多くの可能性を切り開きました。 炭水化物は、ペプチドと比較してその存在量と多様性が高いため、さらに多くの可能性を秘めています。

Nature Chemistry 誌に掲載された最近の論文で、デルビアンコ博士と彼女のチームは、水溶液中で特定の安定な構造をとるグリカンを設計できることを実証しました。 彼らは天然の砂糖のモチーフを結び付けて、自然界には存在しない形状、ヘアピンを生成しました。 レゴのようなアプローチで、彼らは 2 本の線状セルロース ロッド (青) を硬いグリカン ターン (緑) に接続して、新しい非自然な形状を取得しました。 「炭水化物はプログラム可能な形状で生成できるため、グリカンに新しい特性や機能を与える可能性が広がります」とマルティナ デルビアンコ博士は言います。 この構造は、自動合成装置で単糖を結合してオーダーメイドの多糖配列を生成するプロセスである「自動グリカンアセンブリ」（AGA）を使用して迅速に調製されました。 3D 構造を明らかにするために、デルビアンコ博士のグループは膨大な分析技術を使用しました。 さらに、CIC BioGUNE の Jesús Jiménez-Barbero 教授のような国際的な研究者が Martina Delbianco 博士と共同研究しました。 「生体分子の 3 次元構造がその機能を決定します。これは、たとえば、将来的には折り畳まれた糖を医薬品として、化学変換の触媒として、またはナノマテリアルを作成するための構造単位として使用できる可能性があることを意味します。」と彼は言います。マルチナ・デルビアンコ博士。

Fittolani、G.、Tyrikos-Ergas、T.、Poveda、A. 他。 糖鎖ヘアピンの合成。 ナット。 化学。 (2023年)

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