新加坡國立大學（NUS）的科學家們開發了一種新的仿生概念，可以將天然糖轉化為多種穩定的糖苷和糖蛋白，而無需使用保護基化學。
這一技術預計將促進碳水化合物的合成以及後轉錄修飾蛋白質的速度，可能在製藥、化妝品和生物技術領域得到應用。
研究團隊和成果發表
該研究團隊由新加坡國立大學化學系副教授Koh Ming Joo 領導，與羅莎琳德富蘭克林研究所和英國牛津大學的 Benjamin G. Davis 教授合作。
他們的研究突破於 2024 年 6 月 19 日發表在著名科學期刊《自然》上。
圖源：Nature官網
碳水化合物的重要性
碳水化合物在生物過程中起著不可或缺的作用，簡單地添加糖基部分通常可以增加所需的功能。
由於它們的重要性，人們投入了大量精力來合成這些碳水化合物及其衍生物，以更好地了解它們的特性和功能，以及開發以糖為基礎的藥物、護膚成分和其他有價值的產品。
特別是，C-糖基化合物作為代謝穩定且通常具有更強的生物活性的O-糖苷模擬物而備受矚目。
然而， C-糖基化合物的化學合成傳統上受到多步保護基策略和苛刻條件的困擾，這會產生過多的廢物。
Koh 副教授表示:「包括我們在內的許多研究小組都在孜孜不倦地努力構想一種無保護基的化學糖苷化方法，」
「該方法可以通過在異頭位選擇性功能化將天然糖直接轉化為所需的糖苷。然而，事實證明這極具挑戰性。」
研究內容展示
受自然啟發的「帽和糖基化」技術
被稱為糖基轉移酶的酶表現出了在異頭碳上選擇性糖基化的高效能力，無需對其餘羥基進行保護。
研究人員從自然界中汲取靈感，提出了一種仿生化學方法，優先活化天然糖中的異頭羥基，然後用親核硫醇進行置換（稱為封端過程）。
為了驗證該技術的普適性，研究人員還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，這種方法還可應用於複雜的生物分子。
過去，直接對天然糖進行異頭功能化，以實現蛋白質的後翻譯化學糖基化，具有挑戰性，並且基本上未經探索。
在這項新研究中，成功實現了四種不同大小和摺疊狀態蛋白質的C-糖基化，突顯了「封端和糖基化」方法的強大功能。
使用波長為 460-470 nm（藍光）的光反應器進行糖基化反應。通常將化學成分加入反應瓶中，密封，在室溫下在 12 W 藍光照射下劇烈攪拌 24 小時。來源：《自然》
戴維斯教授表示，他們團隊花費多年時間研究如何利用碳中心自由基等反應中間體將信息插入生物分子。例如蛋白質和糖，以改變它們的功能。
他們的研究發現，碳中心自由基在生物系統中是非常有用且安全的，可以用於引發新的化學反應。
通過從天然糖中生成游離糖基自由基作為中間體，他們嘗試模仿生物學中的過程，以更高效地合成糖苷和糖蛋白。
這種方法可以有效地「收穫」天然糖，並直接將其插入新的糖復合物中，可能開闢多種基於糖的療法的新途徑。
副教授 Koh Ming Joo 帶領的研究團隊與羅莎琳德富蘭克林研究所和牛津大學合作，開發了一種合成穩定糖化合物的新方法，這些化合物在製藥、化妝品和生物技術領域具有潛在的應用價值。圖源：NUS官網。
Koh 副教授補充道：「我們相信，這種仿生『帽和糖基化』技術將為現代化碳水化合物和糖復合物合成鋪平道路，無需保護基團。」
這將帶來巨大的好處，包括節省成本、時間和人力，使研究人員能夠快速獲取糖類，並提供一個實用平台，將完全不受保護的糖基引入生物系統。」
論文數據來源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07548-0
