ไกลโคมิกส์: เช่นเดียวกับโปรตีนและกรดนิวคลีอิก
คาร์โบไฮเดรตมีบทบาทสำคัญในเซลล์ แต่เครื่องมือในการสังเคราะห์และวิเคราะห์พอลิเมอร์ชีวภาพประเภทที่สามนี้ ยังคงล้าหลังอย่างมาก จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้
ไบโอพอลิเมอร์ที่เกิดซ้ำมีสามประเภทหลัก: กรดนิวคลีอิก โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต DNA เป็นพิมพ์เขียวของชีวิต ประกอบด้วยข้อมูลที่ถ่ายโอนจากรุ่นหนึ่งไปอีกรุ่นหนึ่งและทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ RNA ในทางกลับกัน RNA จะเป็นสื่อกลางในการผลิตโปรตีน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่หลากหลายและหลากหลายที่สร้างส่วนประกอบทางโครงสร้างและกระตุ้นปฏิกิริยาส่วนใหญ่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
โปรตีนประเภทหนึ่งคือไกลโคซิลทรานสเฟอเรสดำเนินการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตซึ่งมีบทบาทแตกต่างกันไปตั้งแต่การจัดเก็บพลังงานและการจัดหาไปจนถึงการสนับสนุนทางกล โอลิโกแซ็กคาไรด์ขนาดเล็กเชื่อมโยงกับโปรตีนและไขมันเพื่อสร้างไกลโคโปรตีนและไกลโคลิปิด ซึ่งตกแต่งพื้นผิวของเซลล์ส่วนใหญ่และมีบทบาทในการยึดเกาะและการรับรู้ของเซลล์ แต่ต่างจากกรดนิวคลีอิกและโปรตีน ซึ่งเป็นจุดสนใจหลักของการวิจัยทางชีวโมเลกุลในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา เครื่องมือที่จำเป็นในการพัฒนาการศึกษาคาร์โบไฮเดรตอย่างรวดเร็วนั้นส่วนใหญ่ขาดหายไป
ความเป็นเส้นตรงของโปรตีนและพอลิเมอร์กรดนิวคลีอิกและความสม่ำเสมอของพันธะที่เชื่อมแต่ละหน่วยโมโนเมอร์ช่วยให้สามารถพัฒนาเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สำหรับการวิเคราะห์และการสังเคราะห์ แต่การได้รับเครื่องมือที่คล้ายกันสำหรับคาร์โบไฮเดรตถูกขัดขวางโดยความซับซ้อนของโครงสร้างและทางเคมี โมโนแซ็กคาไรด์แต่ละชนิดมีหมู่ไฮดรอกซิลอิสระหลายหมู่ที่สามารถใช้เชื่อมโยงหน่วยกับโมโนแซ็กคาไรด์ถัดไปได้ ซึ่งช่วยให้สามารถแตกแขนงและเพิ่มจำนวนโครงสร้างโพลีแซ็กคาไรด์ที่เป็นไปได้ ในทางสังเคราะห์ คาร์โบไฮเดรตเป็นสิ่งที่ท้าทายในการทำงานด้วย เนื่องจากต้องมีการป้องกันกลุ่มการทำงานจำนวนมากขึ้นเพื่อให้กลุ่มเฉพาะกลุ่มหนึ่งทำปฏิกิริยา และจำเป็นต้องควบคุมสเตอริโอเคมีของการเชื่อมโยงไกลโคซิดิกใหม่ทั้งหมด
สหัสวรรษใหม่ได้เห็นถึงความพยายามร่วมกันในการพัฒนาเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับไกลโคมิกส์ การปรับปรุงเทคนิคแมสสเปกโตรเมทรีร่วมกับการพัฒนาของเอนไซม์และเทคนิคทางเคมีทำให้การจัดลำดับคาร์โบไฮเดรตเร็วขึ้น เชื่อถือได้มากขึ้น และนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น
น้ำตาลมีบทบาทสำคัญในการสื่อสารของเซลล์
เครดิต: HYBRID MEDICAL ANIMATION/SPL
เทคนิคการหาลำดับที่ดีกว่าช่วยให้เปรียบเทียบโครงสร้างไกลโคในประชากรเซลล์ต่างๆ และด้วยความช่วยเหลือของการสังเคราะห์ คาร์โบไฮเดรตที่เกี่ยวข้องจะถูกระบุ หลังจากที่เข้าใจโมเลกุลที่ดีขึ้นของโครงสร้างเฉพาะ (หรือกลุ่มของโครงสร้าง) การศึกษาทางชีววิทยา ชีวเคมี และชีวฟิสิกส์ที่ตามมาก็ต้องการโมเลกุลที่กำหนดไว้ในปริมาณที่มากขึ้น ห้องปฏิบัติการของเรารายงานการสังเคราะห์ทางเคมีแบบอัตโนมัติของโอลิโกแซ็กคาไรด์ครั้งแรกในปี 2544 และแม้ว่ากระบวนการนี้ยังไม่สามารถสร้างโครงสร้างที่ต้องการได้ทั้งหมด และยังไม่มีให้บริการสำหรับผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ แต่เป้าหมายเหล่านี้อยู่ไม่ไกลเกินเอื้อม
การเข้าถึงคาร์โบไฮเดรตที่กำหนดไว้ในปริมาณที่เพียงพออย่างรวดเร็วช่วยให้สามารถสร้างเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไปในจีโนมและโปรตีโอมิกส์ อาร์เรย์คาร์โบไฮเดรตที่นำเสนอเนื้อหาสังเคราะห์สำหรับการตรวจคัดกรองปริมาณงานสูง ถูกนำมาใช้เพื่อวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคาร์โบไฮเดรตและโปรตีน RNA และแม้แต่เซลล์ทั้งหมด ‘ชิป’ น้ำตาลเหล่านี้ได้ให้ผลผลิตแล้ว ตัวอย่างเช่น ลายนิ้วมือของโปรตีนที่จับกับคาร์โบไฮเดรต
การตรวจคัดกรองปฏิกิริยาระหว่างคาร์โบไฮเดรตและเชื้อโรคอย่างรวดเร็วช่วยให้เข้าใจถึงบทบาทของคาร์โบไฮเดรตเฉพาะในกระบวนการติดเชื้อ ซึ่งอาจนำไปสู่เครื่องมือใหม่ในการวินิจฉัยและป้องกันโรค คอลัมน์ความสัมพันธ์ของคาร์โบไฮเดรตถูกใช้เพื่อแยกโปรตีน และการถ่ายภาพ ในหลอดทดลอง และ ในร่างกาย โดยใช้โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ติดฉลาก กลายเป็นไปได้โดยใช้โพรบคาร์โบไฮเดรตสังเคราะห์ เทคโนโลยีการจัดลำดับใหม่ควบคู่ไปกับการสังเคราะห์โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่กำหนดไว้อย่างรวดเร็วและแอนะล็อกของพวกมันยังทำให้สามารถกำหนดคาร์โบไฮเดรตที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์การส่งสัญญาณที่สำคัญได้
ความก้าวหน้าของไกลโคมิกส์ที่อาจมีผลกระทบในวงกว้างที่สุดคือการใช้ประโยชน์จากการกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่จำเพาะต่อเชื้อโรคหรือโรค สิ่งนี้นำไปสู่การสร้างวัคซีนที่มีคาร์โบไฮเดรตเป็นพื้นฐานเพื่อป้องกันโรคร้ายแรง เช่น มาลาเรีย การติดเชื้อแบคทีเรีย และมะเร็ง การจัดลำดับคาร์โบไฮเดรตช่วยให้สามารถระบุและระบุแอนติเจนของโอลิโกแซ็กคาไรด์ได้ จากนั้นจึงใช้การสังเคราะห์ทางเคมีเพื่อยืนยันโครงสร้างแอนติเจนและเตรียมแอนติเจนในปริมาณที่เพียงพอเพื่อพัฒนาวัคซีน วัคซีนโอลิโกแซ็กคาไรด์สังเคราะห์สำหรับป้องกันโรคไข้หวัดใหญ่ Haemophilis type B ได้ผ่านการทดลองทางคลินิกแล้ว วัคซีนต้านมะเร็งอยู่ในการทดลองทางคลินิก และวัคซีนต้านเชื้อมาลาเรียกำลังอยู่ในช่วงการพัฒนาพรีคลินิกระยะสุดท้าย
ด้วยการปรับปรุงการสังเคราะห์แบบอัตโนมัติและการจัดลำดับของคาร์โบไฮเดรต และเครื่องมือสำหรับไกลโคมิกส์ในมือ ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าควรเห็นนักวิจัยจากทุกด้านของวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตที่มุ่งไปยังพื้นที่ที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วนี้
