Quando pensi allo zucchero, probabilmente pensi al dolce, bianco, zucchero da tavola cristallino che usi per fare i biscotti o per addolcire il tuo caffè. Ma lo sapevi che nel nostro corpo, semplici molecole di zucchero possono essere collegate tra loro per creare strutture potenti che recentemente è stato scoperto essere collegate a problemi di salute, compreso il cancro, invecchiamento e malattie autoimmuni.

Queste lunghe catene di zucchero che ricoprono ciascuna delle nostre cellule sono chiamate glicani, e secondo l'Accademia Nazionale delle Scienze, la creazione di una mappa della loro posizione e struttura ci introdurrà in una nuova era della medicina moderna. Questo perché il glicoma umano - l'intera raccolta di zuccheri all'interno del nostro corpo - ospita glicani ancora da scoprire con il potenziale per aiutare i medici nella diagnosi e nel trattamento dei loro pazienti.

Grazie all'attenzione mondiale raccolta dal completamento nel 2003 del Progetto Genoma Umano, la maggior parte delle persone ha sentito parlare del DNA, genomica e persino proteomica:lo studio delle proteine. Ma lo studio dei glicani, noto anche come glicomica, è di circa 20 anni indietro rispetto ad altri campi. Uno dei motivi di questo ritardo è che gli scienziati non hanno sviluppato gli strumenti per identificare rapidamente le strutture dei glicani e i loro siti di attacco sulle cellule delle persone. Il "cappotto di zucchero" è stato un po' un mistero.

Fino ad ora, questo è.

Mentre la maggior parte dei laboratori si concentra sulla ricerca cellulare o molecolare, il nostro laboratorio è dedicato allo sviluppo di tecnologie per caratterizzare rapidamente le strutture glicaniche e i loro siti di attacco. Il nostro obiettivo finale è catalogare le centinaia di migliaia di zuccheri e la loro posizione su vari tipi di cellule, e quindi utilizzare queste informazioni per adattare le terapie mediche a ciascun individuo.

Perché ci interessano i glicani?

Nel futuro, è probabile che l'analisi dei glicani di un individuo sarà utilizzata per prevedere il nostro rischio di sviluppare malattie come l'artrite reumatoide, cancro o addirittura allergie alimentari. Questo perché le alterazioni del glicoma possono essere specificamente legate a particolari stati patologici. Anche, processi biologici come l'invecchiamento sono legati all'infiammazione nel nostro glicoma. Resta da testare se invertire questi cambiamenti può aiutare a prevenire le malattie, o anche un invecchiamento lento – una possibilità intrigante.

Insieme al DNA, proteine, e grassi, i glicani sono una delle quattro principali macromolecole essenziali per la vita. Di questi quattro, i glicani sono gli arbitri finali del comportamento delle nostre cellule.

Il DNA orchestra il nostro aspetto, la nostra capacità di pensare e di comportarci, e determina anche le malattie a cui siamo più suscettibili. Nel nostro DNA ci sono brevi segmenti, geni, che spesso contengono istruzioni su come sintetizzare le proteine. Le proteine ​​a loro volta sono i "cavalli da lavoro" della cellula, svolgere molte delle funzioni necessarie per la vita.

Però, come si comporta una proteina spesso dipende da quali glicani sono attaccati ad essa. In altre parole, queste molecole di zucchero possono influenzare notevolmente il modo in cui le nostre proteine ​​svolgono il loro lavoro, e anche come le nostre cellule risponderanno agli stimoli. Per esempio, se cambi alcuni glicani all'esterno di una cella, potrebbe far sì che quella cellula migri in una posizione diversa nel nostro corpo.

Il compito principale dei glicani è quello di modificare le proteine ​​ei grassi che si trovano sulla superficie delle nostre cellule. Insieme, creano uno spesso strato di zucchero attorno alla cellula. Se consideriamo la superficie della cellula come terreno, allora i glicani sarebbero la vita vegetale e il fogliame meravigliosamente diversi che germogliano e portano colore e identità alla cellula. Infatti, se tu potessi vedere una cella ad occhio nudo, sembrerebbe molto sfocato. Immagina una pesca con 10 volte più peluria.

I glicani etichettano le nostre cellule e le identificano come "sé"

La lanugine attorno a una cellula è il suo rivestimento di glicani. Essendo al di fuori delle nostre cellule, i glicani sono il primo punto di contatto per la maggior parte delle interazioni cellulari e quindi influenzano il modo in cui le nostre cellule comunicano tra loro. Puoi anche pensare ai glicani come a un "codice a barre" cellulare unico. Così, la peluria di una cellula renale avrà un aspetto diverso da quella di una cellula immunitaria. Ma ci sono anche somiglianze. Infatti, le cellule immunitarie che sondano il nostro corpo alla ricerca di agenti patogeni sanno di non attaccare le nostre cellule "sé" a causa di caratteristiche comuni nel "codice a barre" glicano che sono condivise da tutte le cellule del nostro corpo.

In contrasto, batteri e parassiti come la malaria hanno diversi "rivestimenti di zucchero" che non si vedono sulle cellule umane. Quando gli zuccheri batterici sono etichettati come "estranei, "Il sistema immunitario di una persona prende di mira il batterio per distruggerlo. Tuttavia, alcuni patogeni batterici dannosi come lo streptococco di gruppo B, che comunemente causano gravi infezioni nei bambini, può evitare il rilevamento immunitario impersonando cellule umane trasportando glicani simili come travestimento, come il lupo vestito di pelle di pecora.

Sfortunatamente alcuni agenti patogeni sono anche in grado di utilizzare i nostri glicani per aiutarli a causare malattie. Virus mortali come l'HIV e l'Ebola si sono evoluti per afferrare glicani specifici su cui poi si "bloccano" mentre infettano le nostre cellule umane. Terapie che impediscono a questi virus di interagire con i nostri glicani, o che l'attacco di glicani virus-specifici potrebbe essere una nuova strada per il trattamento di queste infezioni.

Una nuova ricerca ha anche dimostrato che i glicani svolgono un ruolo enorme nello sviluppo di malattie autoimmuni come l'artrite reumatoide e la pancreatite autoimmune. Ciò non sorprende poiché i glicani influenzano direttamente la funzione delle cellule immunitarie.

Normalmente, le nostre cellule immunitarie agiscono come il "sistema di difesa" del nostro corpo, " e identificare e distruggere gli invasori estranei come batteri o virus dannosi. Ma quando il corpo etichetta erroneamente le nostre cellule come nemiche e lancia un attacco interno su se stesso, nasce l'autoimmunità. interessante, in tali casi, sono i glicani presenti sugli anticorpi auto-aggressivi che si comportano male che detteranno la forza dell'attacco al corpo. Questa risposta immunitaria anormale può anche essere diretta contro i glicani. Per esempio, il sistema immunitario può scambiare i glicani "auto" come se fossero molecole "estranee". Il nostro team di ricerca ha recentemente pubblicato un articolo che ha introdotto la teoria dei glicani dell'autoimmunità, il che spiega alcune di queste relazioni.

I glicani nel nostro cibo possono innescare risposte immunitarie

Ci sono stati molti studi che collegano il consumo di carne rossa a malattie come l'aterosclerosi e il diabete, ma non sono stati in grado di mostrare perché o come ciò si verifica fino a poco tempo fa. Uno studio intrigante suggerisce che il colpevole fosse uno zucchero dal nome ingombrante, acido sialico N-glicolilneuraminico non umano, o Neu5Gc in breve. Neu5Gc si trova in tutti i mammiferi tranne che nell'uomo, perché i primi umani che potevano produrre Neu5Gc morirono a causa di un antico parassita della malaria.

Però, anche se ora non abbiamo la capacità di produrre Neu5Gc, i nostri corpi hanno ancora la capacità di incorporarlo nei glicani delle nostre cellule se lo otteniamo mangiando carne rossa. Una volta che diventa parte del rivestimento glicano delle nostre cellule, le nostre cellule hanno quindi una sostanza "estranea" - Neu5Gc - che le circonda. Questo può innescare un'infiammazione in tutto il corpo perché il nostro sistema immunitario riconosce Neu5Gc come "estraneo" e lo attacca. L'infiammazione cronica causata da questi attacchi interni può portare ad infarto, ictus e persino cancro.

I nostri corpi sintetizzano decine di migliaia di glicani unici, spesso con strutture ramificate formate da semplici blocchi di zucchero. Le proteine ​​oi grassi possono anche essere modificati da dozzine di glicani unici. Queste innumerevoli combinazioni rendono la mappatura dei glicani un compito difficile perché abbiamo bisogno di un modo pratico ed efficiente per analizzare centinaia di migliaia di modelli di glicani.

Il nostro team di ricerca ha ora sviluppato metodi per monitorare in modo rapido e robusto il glicoma umano. Sfruttando i progressi tecnici e i miglioramenti nell'elaborazione dei campioni, la nostra tecnica può monitorare migliaia di glicani contemporaneamente, che ci consente di caratterizzare i glicani nelle cellule di controlli sani e pazienti con una varietà di malattie diverse. Il nostro obiettivo è utilizzare questi dati per sviluppare modelli predittivi per aiutare i medici a diagnosticare e curare tutte le malattie umane. Crediamo che una nuova ondata di progressi medici arriverà quando sbloccheremo il "codice dello zucchero".

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.