Què és la glòria humana? Com els científics obren el codi de sucre

Quan penses en sucre, probablement penses en el sucre de taula dolç, blanc i cristal·lí que fas servir per fer galetes o endolcir-te el cafè. Però sabíeu que dins del nostre cos, les molècules senzilles de sucre es poden connectar entre si per crear poderoses estructures que recentment s'han trobat vinculades a problemes de salut, incloent càncer, envelliment i malalties autoimmunes.

Aquestes llargues cadenes de sucre que cobreixen cadascuna de les nostres cèl·lules s’anomenen glicans i, segons l’acadèmia nacional de ciències, la creació d’un mapa de la seva ubicació i estructura ens durà a una nova era de la medicina moderna. Això es deu al fet que la glicèrea humana, la col·lecció sencera de sucres del nostre cos, acull glacis encara descoberts amb el potencial d’ajudar els metges al diagnòstic i al tractament dels seus pacients.

Gràcies a l'atenció mundial aconseguida per la finalització del Projecte Genoma Humà de 2003, la majoria de la gent ha escoltat l'estudi de les proteïnes sobre ADN, genòmica i fins i tot la proteòmica. Però l’estudi dels glicans, també coneguts com glicòmics, és d’uns 20 anys darrere d’altres camps. Un dels motius d’aquest retard és que els científics no han desenvolupat les eines per identificar ràpidament les estructures de glicà i els seus llocs d’adhesió a les cèl·lules de les persones. La "capa de sucre" ha estat una mica misteriosa.

Fins ara, és a dir.

Mentre que la majoria dels laboratoris se centren en la investigació cel·lular o molecular, el nostre laboratori està dedicat al desenvolupament de tecnologia per caracteritzar ràpidament les estructures de glican i els seus llocs d’adhesió. El nostre objectiu final és catalogar els centenars de milers de sucres i les seves ubicacions en diversos tipus de cèl·lules i després utilitzar aquesta informació per adaptar les teràpies mèdiques a cada individu.

També us pot agradar aquest vídeo Invers:

Per què ens preocupem per Glycans?

En el futur, és probable que l’anàlisi dels glicans d’un individu s’utilitzi per predir el nostre risc de desenvolupar malalties com l’artritis reumatoide, el càncer o fins i tot les al·lèrgies alimentàries. Això és degut a que les alteracions de la glicosa es poden vincular específicament a determinats estats de malaltia. A més, els processos biològics, com l’envelliment, estan relacionats amb la inflamació del nostre glicè. Queda pendent de provar si invertir aquests canvis pot ajudar a prevenir malalties, o fins i tot a un envelliment lent, una possibilitat fascinant.

Juntament amb l’ADN, les proteïnes i els greixos, els glicans són una de les quatre principals macromolècules essencials per a la vida. D'aquests quatre, els glicans són els àrbitres finals de com es comporten les nostres cèl·lules.

L'ADN organitza allò que semblem, la nostra capacitat de pensar i de comportar-nos, i fins i tot de determinar les malalties a les quals som més susceptibles. Dins del nostre ADN hi ha segments curts, gens, que sovint contenen instruccions per sintetitzar proteïnes. Les proteïnes, al seu torn, són els "cavalls de treball" de la cèl·lula, realitzant moltes de les funcions necessàries per a la vida.

No obstant això, com es comporta una proteïna sovint depèn del que els glicans estiguin units. És a dir, aquestes molècules de sucre poden influir en gran mesura en la forma de fer les nostres proteïnes i, fins i tot, com les nostres cèl·lules respondran als estímuls. Per exemple, si canvieu uns quants glicols a l'exterior d'una cèl·lula, pot provocar que la cèl·lula migri a una ubicació diferent del nostre cos.

La tasca principal dels glicans és modificar les proteïnes i els greixos que se sentin a la superfície de les nostres cèl·lules. Junts creen una capa de sucre gruixuda al voltant de la cèl·lula. Si considerem que la superfície de la cèl·lula és sòl, llavors els glicans serien la vida vegetal i el fullatge meravellosament diversos que brollen i aporten color i identitat a la cèl·lula. De fet, si fos capaç de veure una cèl·lula a simple vista, semblaria molt difusa. Imagini un préssec amb 10 cops més de borrissol.

Els glicans etiqueten les nostres pròpies cèl·lules i les identifiquen com a "self"

El borrissol al voltant d'una cel·la és la seva capa de glicà. Estant a l'exterior de les nostres cèl·lules, els glicans són el primer punt de contacte per a la majoria de les interaccions cel·lulars i, per tant, influeixen en com les nostres cèl·lules es comuniquen entre elles. També podeu pensar que els glicans són un únic "codi de barres" cel·lular. Per tant, un pols de cèl·lules renals es veurà diferent del que té la cèl·lula immunitària. Però també hi ha similituds. De fet, les cèl·lules immunitàries que estudien el nostre cos que cerca patògens saben no atacar les nostres pròpies cèl·lules "auto" a causa de les característiques comunes del "codi de barres" de glicà que són compartits per totes les cèl·lules del nostre cos.

En canvi, els bacteris i els paràsits com la malària tenen diferents "capes de sucre" que no es veuen a les cèl·lules humanes. Quan els sucres bacterians s’identifiquen com a "estrangers", el sistema immunitari d’una persona es dirigeix ​​al bacteri per a la seva destrucció. No obstant això, alguns patògens bacterians nocius com l'estreptococ del grup B, que comunament causen infeccions greus en els nadons, poden evitar la detecció immunològica suplantant cèl·lules humanes portant glicans similars com a disfressa.

Malauradament, alguns patògens també poden utilitzar els nostres glicans per ajudar-los a provocar malalties. Els virus mortals, com el VIH i l’Ebola, han evolucionat per agafar glicans específics als quals després es "bloquegen" a mesura que infecten les nostres cèl·lules humanes. Les teràpies que bloquegen aquests virus d’interactuar amb els nostres glicans o que ataquen glicans específics de virus, poden ser una nova via per tractar aquestes infeccions.

La nova investigació també ha demostrat que els glicans tenen un paper important en el desenvolupament de malalties autoimmunes com l'artritis reumatoide i la pancreatitis autoinmune. Això no és sorprenent, ja que els glicans influeixen directament en la funció de les cèl·lules immunitàries.

Normalment, les nostres cèl·lules immunitàries actuen com a "sistema de defensa" del nostre organisme, i identifiquen i destrueixen invasors estrangers com bacteris o virus nocius. Però quan el cos marca erròniament les nostres cèl·lules com a enemic i llança un atac intern a si mateix, neix l'autoimmunitat. Curiosament, en aquests casos, els glicans són presents en els anticossos auto-atacants que comporten malament que dictaran la força de l’atac al cos. Aquesta resposta immune anormal pot fins i tot estar dirigida contra glicans. Per exemple, el sistema immunològic pot confondre els glicans amb si mateixos com si fossin molècules "estrangeres". El nostre equip d'investigació ha publicat recentment un article que va introduir la teoria de l'autoinmunitat del glicà, que explica algunes d'aquestes relacions.

Els glicans del nostre menjar poden provocar respostes immunes

Hi ha hagut molts estudis que relacionen el consum de carns vermelles amb malalties com l’aterosclerosi i la diabetis, però no han estat capaços de demostrar el perquè o com s’aconsegueix fins fa poc temps. Un estudi interessant suggereix que el culpable era un sucre amb el nom difícil, àcid sialic N-glycolylneuraminic no humà o Neu5Gc per curt. Neu5Gc es troba en tots els mamífers, excepte en els humans, ja que els primers humans que podrien fer que Neu5Gc morís d’un antic paràsit de la malària.

Tanmateix, tot i que ara no tenim la capacitat de produir Neu5Gc, els nostres cossos encara tenen la capacitat d’incorporar-lo als glicans de les nostres cèl·lules si l’obtenim menjant carn vermella. Una vegada que es converteix en part de la capa de glicà de les nostres cèl·lules, les nostres cèl·lules tenen llavors una substància "estrangera" - Neu5Gc - que les envolta. Això pot desencadenar la inflamació a tot el cos perquè el nostre sistema immunitari reconeix Neu5Gc com a "estrany" i l'ataca. La inflamació crònica provocada per aquests atacs interns pot provocar infart, ictus i fins i tot càncer.

Els nostres cossos sintetitzen desenes de milers de glicans únics, sovint amb estructures ramificades formades a partir de simples blocs de construcció de sucre. Les proteïnes o greixos també poden ser modificats per desenes de glicans únics. Aquestes incomptables combinacions fan que el mapatge de glicans sigui una tasca difícil, ja que necessitem una manera pràctica i eficaç d’analitzar centenars de milers de patrons de glicanes.

El nostre equip d’investigació ha desenvolupat mètodes per controlar de forma ràpida i robusta els glomes humans. Aprofitant els avenços en enginyeria i les millores en el processament de mostres, la nostra tècnica pot controlar milers de glicans alhora, la qual cosa ens permet caracteritzar els glicans de les cèl·lules procedents de controls sans i de pacients amb diferents malalties. El nostre objectiu és utilitzar aquestes dades per desenvolupar models predictius per ajudar els clínics a diagnosticar i tractar totes les malalties humanes. Creiem que una nova onada de progressos mèdics arribarà a mesura que desbloquem el "codi del sucre".

Jenny Wang va ser l'autor principal d'aquest article.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation per Emanual Maverakis, Carlito Lebrilla i Jenny Wang. Llegiu l'article original aquí.