Durante un'infezione virale, i virus entrano nel corpo e si moltiplicano nelle sue cellule. I virus spesso si attaccano specificamente alle strutture zuccherine delle cellule ospiti, oppure presentano caratteristiche strutture zuccherine sulla loro stessa superficie. I ricercatori dell'Università tecnica di Monaco (TUM) hanno sviluppato un nuovo tipo di reagente proteico per identificare le strutture biologiche dello zucchero, che può bloccare la diffusione di una malattia nel corpo se usato per bloccare le strutture zuccherine di una cellula o di un agente patogeno.

Il laboratorio diretto da Arne Skerra, Professore di Chimica Biologica, si concentra sulla progettazione di proteine ​​leganti artificiali per applicazioni terapeutiche. Gli attuali risultati della ricerca del laboratorio stanno aprendo la strada allo sviluppo di nuovi tipi di proteine ​​leganti per le strutture biologiche dello zucchero, che svolgono un ruolo significativo nel cancro e nelle malattie infettive.

Riconoscere le strutture biologiche dello zucchero

"Il riconoscimento di specifiche molecole di zucchero, o cosiddetti carboidrati, è di vitale importanza in molti processi biologici, " Spiega il prof. Skerra. La maggior parte delle cellule porta un marcatore costituito da catene di zucchero che sono attaccate all'esterno della membrana cellulare o alle proteine ​​di membrana, consentendo così al corpo di identificare a dove appartengono queste cellule o se alcune cellule sono aliene. Gli agenti patogeni hanno anche strutture zuccherine proprie, oppure possono legarsi a questi.

proteine, che svolgono una vasta gamma di funzioni all'interno delle cellule, generalmente hanno solo una bassa affinità con gli zuccheri. Così, il loro riconoscimento molecolare rappresenta una sfida. Il motivo:le molecole d'acqua sono simili alle molecole di zucchero, il che significa che sono fondamentalmente nascosti nell'ambiente acquoso delle cellule. Il gruppo di ricerca del Prof. Skerra si è quindi proposto di progettare una proteina legante artificiale con una composizione chimica peculiare che rendesse più facile il legame alle strutture biologiche dello zucchero.

Un gruppo di acido borico implementato in una proteina come amminoacido

Gli amminoacidi sono i mattoni delle proteine. Di regola, la natura utilizza solo 20 amminoacidi in tutti gli organismi viventi. "Utilizzando le possibilità aperte dalla biologia sintetica, abbiamo impiegato un amminoacido artificiale aggiuntivo, " riferisce la ricercatrice Carina A. Sommer.

"Siamo riusciti a incorporare un gruppo di acido borico, che esercita un'affinità intrinseca alle molecole di zucchero, nella catena di amminoacidi di una proteina. Nel fare ciò, abbiamo creato una classe completamente nuova di proteine ​​leganti per le molecole di zucchero, "Spiega Sommer. Questa funzione artificiale di legame dello zucchero è superiore alle proteine ​​​​leganti naturali (le cosiddette lectine) sia in forza che per quanto riguarda le eventuali specificità dello zucchero.

"L'attività legante lo zucchero dell'acido borico e dei suoi derivati ​​è nota da quasi un secolo, " afferma il Prof. Skerra. "L'elemento chimico boro è comune sulla terra e ha una bassa tossicità, ma finora è rimasto in gran parte inesplorato dagli organismi."

"Utilizzando la cristallografia a raggi X, siamo riusciti a svelare la struttura cristallina di un complesso modello di questa proteina artificiale, che ci ha permesso di validare il nostro concetto biomolecolare, " spiega lo scienziato Dr. Andreas Eichinger.

Il prossimo passo:verso l'applicazione medica

Dopo circa cinque anni di ricerca scientifica fondamentale, i risultati del laboratorio del Prof. Skerra possono ora essere applicati a esigenze mediche pratiche. Il Prof. Skerra sottolinea:"I nostri risultati non dovrebbero essere utilizzati solo per supportare il futuro sviluppo di nuovi ligandi di carboidrati nella chimica biologica, ma dovrebbe anche aprire la strada alla creazione di agenti ad alta affinità per controllare o bloccare strutture di zucchero rilevanti dal punto di vista medico sulle superfici cellulari".

Tale "agente bloccante" potrebbe essere utilizzato per condizioni in cui è evidente una forte crescita cellulare o quando i patogeni si attaccano alle cellule, per esempio in oncologia e virologia. Se riusciamo a bloccare la funzione legante gli zuccheri e a rallentare il decorso di una malattia, questo darebbe al sistema immunitario del paziente il tempo sufficiente per mobilitare le difese naturali dell'organismo.