Retak Kode Gula: Mengapa The Glycome Apakah The Next Big Thing Dalam Kesehatan Dan Kedokteran

Retak Kode Gula: Mengapa The Glycome Apakah The Next Big Thing Dalam Kesehatan Dan KedokteranOleh molekuul_be / shutterstock.com

Ketika Anda memikirkan gula, Anda mungkin berpikir tentang gula meja yang manis, putih, kristal yang Anda gunakan untuk membuat kue atau mempermanis kopi Anda. Tapi tahukah Anda bahwa di dalam tubuh kita, molekul gula sederhana dapat dihubungkan bersama untuk menciptakan struktur kuat yang baru-baru ini ditemukan terkait dengan masalah kesehatan, termasuk kanker, penuaan dan penyakit autoimun.

Menurut National Academy of Sciences, membuat peta lokasi dan strukturnya mengantar kami ke era baru kedokteran modern. Ini karena glycome manusia - seluruh koleksi gula dalam tubuh kita - rumah-rumah yang belum ditemukan glycans dengan potensi untuk membantu dokter dalam mendiagnosis dan mengobati pasien mereka.

Berkat perhatian dunia yang dikumpulkan oleh 2003 penyelesaian Proyek Genom Manusia, kebanyakan orang telah mendengar tentang DNA, genomik dan bahkan proteomik - studi tentang protein. Tetapi studi tentang glycans, juga dikenal sebagai glycomics, adalah tentang 20 tahun di belakang bidang lainnya. Salah satu alasan untuk kelambatan ini adalah bahwa para ilmuwan belum mengembangkan alat untuk secara cepat mengidentifikasi struktur glycan dan situs lampiran mereka pada sel-sel manusia. "Mantel gula" telah menjadi misteri.

Sampai sekarang, itu.

Sementara sebagian besar laboratorium fokus pada penelitian seluler atau molekuler, kami laboratorium didedikasikan untuk mengembangkan teknologi untuk secara cepat mengkarakterisasi struktur glycan dan situs lampiran mereka. Tujuan utama kami adalah untuk katalog ratusan ribu gula dan lokasi mereka pada berbagai jenis sel, dan kemudian menggunakan informasi ini untuk menyesuaikan terapi medis untuk setiap individu.

Mengapa kita peduli dengan glycans?

Di masa depan, ada kemungkinan bahwa analisis glycans individu akan digunakan untuk memprediksi risiko kita untuk mengembangkan penyakit seperti rheumatoid arthritis, kanker atau bahkan alergi makanan. Hal ini karena perubahan glycome dapat secara khusus terkait dengan keadaan penyakit tertentu. Juga, proses biologis seperti penuaan terkait dengan peradangan di glycome kami. Masih harus diuji jika membalikkan perubahan ini dapat membantu mencegah penyakit, atau bahkan memperlambat penuaan - kemungkinan yang menarik.

Bersama dengan DNA, protein, dan lemak, glycans adalah salah satu dari empat makromolekul utama yang penting untuk kehidupan. Dari keempatnya, glycans adalah penentu akhir dari bagaimana sel-sel kita berperilaku.


Dapatkan Yang Terbaru Dari Diri Sendiri


DNA mengatur apa yang kita tampak seperti, kemampuan kita untuk berpikir dan berperilaku, dan bahkan menentukan penyakit yang kita paling rentan. Di dalam DNA kita adalah segmen pendek, gen, yang sering mengandung instruksi untuk mensintesis protein. Protein pada gilirannya adalah "workhorses" dari sel, menjalankan banyak fungsi yang diperlukan untuk kehidupan.

Namun, bagaimana suatu protein berperilaku sering tergantung pada apa glycans melekat padanya. Dengan kata lain, molekul gula ini dapat sangat mempengaruhi bagaimana protein kita melakukan pekerjaan mereka, dan bahkan bagaimana sel-sel kita akan merespons rangsangan. Misalnya, jika Anda mengubah beberapa glycans di luar sel, mungkin memicu sel itu bermigrasi ke lokasi yang berbeda di tubuh kita.

Pekerjaan utama glycans adalah memodifikasi protein dan lemak yang ada di permukaan sel-sel kita. Bersama-sama, mereka menciptakan lapisan gula tebal di sekitar sel. Jika kita menganggap permukaan sel menjadi tanah, maka glycans akan menjadi tanaman yang luar biasa beragam dan dedaunan yang tumbuh dan membawa warna dan identitas ke sel. Bahkan, jika Anda bisa melihat sel dengan mata telanjang Anda, itu akan terlihat sangat kabur. Bayangkan buah persik dengan 10 lebih banyak bulu halus.

Retak Kode Gula: Mengapa The Glycome Apakah The Next Big Thing Dalam Kesehatan Dan KedokteranSetiap sel tunggal dalam tubuh manusia ditutupi dengan kumpulan glycans yang dirakit menggunakan berbagai gula sederhana seperti glukosa, manosa, galaktosa, asam sialat, glukosamin dan fruktosa sebagai blok bangunan. Dengan merasakan jenis lapisan gula yang ada, sel-sel kekebalan tubuh kita dapat mengidentifikasi sel-sel lain sebagai teman atau musuh. Ini karena bakteri memiliki gula pada permukaannya yang tidak pernah terlihat pada sel manusia - gula patogen yang dirasakan oleh sistem kekebalan tubuh dan yang mengidentifikasi bakteri sebagai 'asing.' Emanual Maverakis, CC BY-SA

Glycans memberi label sel kita sendiri dan mengidentifikasi mereka sebagai 'diri'

Bulu halus di sekitar sel adalah mantel glycan-nya. Berada di luar sel kita, glycans adalah titik kontak pertama untuk sebagian besar interaksi seluler dan dengan demikian mempengaruhi bagaimana sel-sel kita berkomunikasi satu sama lain. Anda juga dapat menganggap glycans sebagai "barcode" seluler yang unik. Dengan demikian, bulu ginjal akan terlihat berbeda dari bulu sel kekebalan tubuh. Tetapi ada juga kesamaan. Bahkan, sel-sel kekebalan tubuh yang mensurvei tubuh kita mencari patogen tahu untuk tidak menyerang sel "diri" kita sendiri karena fitur umum dalam "barcode" glycan yang dibagikan oleh semua sel tubuh kita.

Sebaliknya, bakteri dan parasit suka malaria memiliki “lapisan gula” berbeda yang tidak terlihat pada sel manusia. Ketika gula bakteri ditandai sebagai "asing," sistem kekebalan seseorang menargetkan bakteri untuk kehancuran. Namun, beberapa bakteri patogen berbahaya seperti grup B streptococcus, yang biasanya menyebabkan infeksi berat pada bayi, dapat menghindari deteksi kekebalan oleh meniru sel manusia dengan membawa glycans serupa sebagai penyamaran - seperti serigala yang mengenakan kulit domba.

Sayangnya beberapa patogen juga dapat menggunakan glycans kami untuk membantu mereka menyebabkan penyakit. Virus mematikan seperti HIV dan Ebola telah berevolusi untuk menangkap glycans tertentu yang kemudian mereka "kunci" ke atas ketika mereka menginfeksi sel manusia kita. Terapi yang memblokir virus-virus ini dari berinteraksi dengan glycans kami, atau yang menyerang glikans spesifik virus mungkin merupakan jalan baru untuk mengobati infeksi ini.

Retak Kode Gula: Mengapa The Glycome Apakah The Next Big Thing Dalam Kesehatan Dan KedokteranGula pada sel-sel kita dan pada sel bakteri melabeli mereka sebagai teman atau musuh. Emanual Maverakis, CC BY-SA

Penelitian baru juga menunjukkan bahwa glycans memainkan peran besar dalam perkembangan penyakit autoimun seperti rheumatoid arthritis serta pankreatitis autoimun. Ini tidak mengherankan karena glycans secara langsung mempengaruhi fungsi sel kekebalan.

Biasanya, sel-sel kekebalan tubuh kita bertindak sebagai "sistem pertahanan" tubuh kita, dan mengidentifikasi dan menghancurkan penjajah asing seperti bakteri atau virus berbahaya. Tetapi ketika tubuh keliru menandai sel kita sendiri sebagai musuh dan meluncurkan serangan internal pada dirinya sendiri, autoimunitas lahir. Menariknya, dalam kasus seperti itu, glycans hadir pada antibodi menyerang-diri yang nakal yang akan menentukan kekuatan serangan pada tubuh. Respon imun yang abnormal ini bahkan dapat diarahkan melawan glycans. Sebagai contoh, sistem kekebalan dapat kesalahan "diri" glycans seolah-olah mereka "asing" molekul. Tim peneliti kami baru-baru ini menerbitkan sebuah artikel yang memperkenalkan teori autoimunitas glycan, yang menjelaskan beberapa hubungan ini.

Glycans dalam makanan kita dapat memicu respons imun

Ada banyak penelitian yang menghubungkan konsumsi daging merah dengan penyakit seperti aterosklerosis dan diabetes, tetapi mereka belum dapat menunjukkan mengapa atau bagaimana hal ini terjadi sampai saat ini. Satu penelitian yang menarik menunjukkan bahwa pelakunya adalah gula dengan nama berat, asam sialic N-glycolylneuramineic non-manusia, atau Neu5Gc untuk pendek. Neu5Gc ditemukan di semua mamalia kecuali manusia, karena manusia purba yang bisa membuat Neu5Gc mati dari zaman purba parasit malaria.

Namun, meskipun sekarang kita tidak memiliki kemampuan untuk menghasilkan Neu5Gc, tubuh kita masih memiliki kemampuan untuk memasukkannya ke dalam glycans pada sel-sel kita jika kita mendapatkannya dengan makan daging merah. Setelah menjadi bagian dari mantel glycan sel kita, sel-sel kita kemudian memiliki substansi "asing" - Neu5Gc - mengelilinginya. Ini dapat memicu peradangan di seluruh tubuh karena sistem kekebalan tubuh kita mengenali Neu5Gc sebagai "asing" dan menyerangnya. Peradangan kronis yang disebabkan oleh serangan internal ini dapat menyebabkan serangan jantung, stroke dan bahkan kanker.

Tubuh kita mensintesis puluhan ribu glycans unik, seringkali dengan struktur bercabang yang terbentuk dari blok bangunan gula sederhana. Protein atau lemak juga dapat dimodifikasi oleh lusinan glycans yang unik. Kombinasi yang tak terhitung ini membuat pemetaan glycans menjadi tugas yang sulit karena kita memerlukan cara yang praktis dan efisien untuk menganalisis ratusan ribu pola glycan.

Tim peneliti kami sekarang telah mengembangkan metode untuk memantau glycome manusia dengan cepat dan kuat. Dengan mengkapitalisasi kemajuan teknik dan perbaikan dalam pemrosesan sampel, teknik kami dapat memantau ribuan glycans sekaligus, yang memungkinkan kami untuk mengkarakterisasi glycans dalam sel dari kontrol yang sehat dan pasien dengan berbagai penyakit yang berbeda. Tujuan kami adalah menggunakan data ini untuk mengembangkan model prediksi untuk membantu dokter mendiagnosa dan mengobati semua penyakit manusia. Kami percaya bahwa gelombang baru kemajuan medis akan tiba ketika kami membuka "kode gula."

Tentang Penulis

Emanual Maverakis, Associate Professor- Departemen Mikrobiologi & Imunologi Medis dan Dermatologi | Anggota- Makanan Untuk Lembaga Kesehatan | Anggota - Pusat Kanker Komprehensif | Direktur- Autoimunitas | Direktur - Immune Monitoring Core, University of California, Davis; Carlito Lebrilla, Guru Besar Ilmu Kimia, University of California, Davis, dan Jenny Wang, Peneliti Penelitian Klinis, Universitas California, Davis | Mahasiswa Kedokteran, Albert Einstein College of Medicine, Yeshiva University

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait:

{amazonWS: searchindex = Buku; kata kunci = masalah gula; maxresult = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}