새로운 발견: 설탕 종이접기를 향해

Jul 12, 2023

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막스 플랑크 콜로이드 및 인터페이스 연구소(MPICI)의 연구원들은 안정적인 2차 구조로 접힐 수 있는 탄수화물 서열을 설계했습니다. 지금까지 이러한 자가접힘 생체고분자는 DNA와 단백질용으로만 개발되었으며, 이전에는 당이 너무 유연하여 안정적인 형태를 가정할 수 없다고 여겨졌습니다. 접힌 탄수화물은 생물의학 및 재료과학에 완전히 새로운 관점을 열 수 있습니다.

© 막스 플랑크 콜로이드 및 인터페이스 연구소 / Martina Delbianco

탄수화물은 지구 바이오매스의 약 80%를 차지하며 절반은 육지에, 절반은 바다에 존재합니다. 그러나 이들의 물질적 특성은 아직까지도 잘 이해되지 않고 있습니다. 생체분자 시스템학과의 Martina Delbianco 박사가 이끄는 연구원들은 다당류 또는 긴 사슬의 당이 어떻게 접히고 조립되어 재료로 만들어지는지에 관심이 있습니다. 예를 들어, 그들은 식물의 주요 구성 요소인 셀룰로오스를 생성하기 위해 개별 포도당 사슬이 어떻게 결합되는지를 발견했습니다. 이 지식을 사용하여 그들은 이제 비천연 탄수화물을 설계하고 있습니다. 그들의 연구는 펩타이드 연구(짧은 단백질)에서 영감을 받았습니다. 프로그래밍 가능한 3차원 모양을 채택하고 특정 기능을 수행할 수 있는 합성 펩타이드 서열을 설계하는 데 천연 단백질에 대한 지식이 사용되었습니다. 이러한 접근 방식은 예를 들어 약물 생산 및 나노기술 분야에서 많은 가능성을 열어 주었습니다. 탄수화물은 펩타이드에 비해 풍부함과 다양성이 높기 때문에 더 많은 기회를 갖고 있습니다.

Nature Chemistry 저널에 게재된 최근 논문에서 Delbianco 박사와 그녀의 팀은 수용액에서 특정하고 안정적인 형태를 채택하는 글리칸을 설계하는 것이 가능하다는 것을 입증했습니다. 천연 설탕 모티브를 연결해 자연에는 존재하지 않는 형태, 즉 머리핀을 탄생시켰습니다. 레고와 같은 접근 방식으로 그들은 두 개의 선형 셀룰로오스 막대(파란색)를 단단한 글리칸 회전(녹색)에 연결하여 새로운 비자연적인 모양을 얻었습니다. Martina Delbianco 박사는 “탄수화물은 프로그래밍 가능한 모양으로 생성될 수 있으며, 이는 글리칸에 새로운 특성과 기능을 부여할 가능성을 열어줍니다.”라고 말했습니다. 구조는 단당류가 자동화된 합성기에서 연결되어 맞춤형 다당류 서열을 생성하는 프로세스인 "자동 글리칸 조립"(AGA)을 사용하여 신속하게 준비되었습니다. 3차원 구조를 밝히기 위해 Delbianco 박사 그룹은 수많은 분석 기술을 사용했습니다. 또한 CIC BioGUNE의 Jesús Jiménez-Barbero 교수와 같은 국제 연구자들이 Martina Delbianco 박사와 협력했습니다. "생체분자의 3차원 구조는 그 기능을 결정합니다. 예를 들어, 이는 미래에 접힌 설탕을 약물, 화학적 변형의 촉매 또는 나노물질 생성을 위한 구조 단위로 사용할 수 있음을 의미할 수 있습니다."라고 말합니다. 마르티나 델비앙코 박사.

Fittolani, G., Tyrikos-Ergas, T., Poveda, A. 등. 글리칸 머리핀의 합성. Nat. 화학. (2023)

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Fittolani, G., Tyrikos-Ergas, T., Poveda, A. 등. 글리칸 머리핀의 합성. Nat. 화학. (2023)

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