新加坡国立大学（NUS）的科学家们开发了一种新的仿生概念，可以将天然糖转化为多种稳定的糖苷和糖蛋白，而无需使用保护基化学。
这一技术预计将促进碳水化合物的合成以及后转录修饰蛋白质的速度，可能在制药、化妆品和生物技术领域得到应用。
研究团队和成果发表
该研究团队由新加坡国立大学化学系副教授Koh Ming Joo 领导，与罗莎琳德富兰克林研究所和英国牛津大学的 Benjamin G. Davis 教授合作。
他们的研究突破于 2024 年 6 月 19 日发表在著名科学期刊《自然》上。
图源：Nature官网
碳水化合物的重要性
碳水化合物在生物过程中起着不可或缺的作用，简单地添加糖基部分通常可以增加所需的功能。
由于它们的重要性，人们投入了大量精力来合成这些碳水化合物及其衍生物，以更好地了解它们的特性和功能，以及开发以糖为基础的药物、护肤成分和其他有价值的产品。
特别是，C-糖基化合物作为代谢稳定且通常具有更强的生物活性的O-糖苷模拟物而备受瞩目。
然而， C-糖基化合物的化学合成传统上受到多步保护基策略和苛刻条件的困扰，这会产生过多的废物。
Koh 副教授表示:“包括我们在内的许多研究小组都在孜孜不倦地努力构想一种无保护基的化学糖苷化方法，”
“该方法可以通过在异头位选择性功能化将天然糖直接转化为所需的糖苷。然而，事实证明这极具挑战性。”
研究内容展示
受自然启发的“帽和糖基化”技术
被称为糖基转移酶的酶表现出了在异头碳上选择性糖基化的高效能力，无需对其余羟基进行保护。
研究人员从自然界中汲取灵感，提出了一种仿生化学方法，优先活化天然糖中的异头羟基，然后用亲核硫醇进行置换（称为封端过程）。
为了验证该技术的普适性，研究人员还合成了密集功能化的C-糖基、S-糖基、Se-糖基和O-糖基化合物。
除了小分子的糖基化，这种方法还可应用于复杂的生物分子。
过去，直接对天然糖进行异头功能化，以实现蛋白质的后翻译化学糖基化，具有挑战性，并且基本上未经探索。
在这项新研究中，成功实现了四种不同大小和折叠状态蛋白质的C-糖基化，突显了“封端和糖基化”方法的强大功能。
使用波长为 460-470 nm（蓝光）的光反应器进行糖基化反应。通常将化学成分加入反应瓶中，密封，在室温下在 12 W 蓝光照射下剧烈搅拌 24 小时。来源：《自然》
戴维斯教授表示，他们团队花费多年时间研究如何利用碳中心自由基等反应中间体将信息插入生物分子。例如蛋白质和糖，以改变它们的功能。
他们的研究发现，碳中心自由基在生物系统中是非常有用且安全的，可以用于引发新的化学反应。
通过从天然糖中生成游离糖基自由基作为中间体，他们尝试模仿生物学中的过程，以更高效地合成糖苷和糖蛋白。
这种方法可以有效地“收获”天然糖，并直接将其插入新的糖复合物中，可能开辟多种基于糖的疗法的新途径。
副教授 Koh Ming Joo 带领的研究团队与罗莎琳德富兰克林研究所和牛津大学合作，开发了一种合成稳定糖化合物的新方法，这些化合物在制药、化妆品和生物技术领域具有潜在的应用价值。图源：NUS官网。
Koh 副教授补充道：“我们相信，这种仿生‘帽和糖基化’技术将为现代化碳水化合物和糖复合物合成铺平道路，无需保护基团。”
这将带来巨大的好处，包括节省成本、时间和人力，使研究人员能够快速获取糖类，并提供一个实用平台，将完全不受保护的糖基引入生物系统。”
论文数据来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07548-0
