Cracking The Sugar Code: Por que o Glycome é a próxima grande coisa em saúde e medicina

Cracking The Sugar Code: Por que o Glycome é a próxima grande coisa em saúde e medicinaPor molekuul_be / shutterstock.com

Quando você pensa em açúcar, você provavelmente pensa no açúcar de mesa branco, doce e cristalino que você usa para fazer biscoitos ou adoçar seu café. Mas você sabia que, dentro do nosso corpo, moléculas simples de açúcar podem ser conectadas juntas para criar estruturas poderosas que recentemente foram encontradas ligadas a problemas de saúde, incluindo câncer, envelhecimento e doenças autoimunes.

De acordo com a Academia Nacional de Ciências, a criação de um mapa de sua localização e estrutura nos levar a uma nova era da medicina moderna. Isso ocorre porque o glycome humano - toda a coleção de açúcares dentro do nosso corpo - abriga glicanos ainda a serem descobertos com o potencial de ajudar os médicos a diagnosticar e tratar seus pacientes.

Graças à atenção mundial conquistada pela conclusão do 2003 do Projeto Genoma Humano, a maioria das pessoas já ouviu falar sobre DNA, genômica e até proteômica - o estudo das proteínas. Mas o estudo dos glicanos, também conhecido como glycomics, é sobre 20 anos atrás de outros campos. Uma razão para esse atraso é que os cientistas não desenvolveram as ferramentas para identificar rapidamente as estruturas de glicano e seus locais de fixação nas células das pessoas. O "casaco de açúcar" tem sido um pouco de mistério.

Até agora, isso é.

Enquanto a maioria dos laboratórios se concentra na pesquisa celular ou molecular, laboratório dedica-se ao desenvolvimento de tecnologia para caracterizar rapidamente as estruturas de glicano e seus locais de fixação. Nosso objetivo final é catalogar as centenas de milhares de açúcares e suas localizações em vários tipos de células e, depois, usar essas informações para adaptar as terapias médicas a cada indivíduo.

Por que nos preocupamos com os glicanos?

No futuro, é provável que a análise dos glicanos de um indivíduo seja usada para prever nosso risco de desenvolver doenças como artrite reumatóide, Câncer ou mesmo alergias alimentares. Isso ocorre porque as alterações glicêmicas podem ser especificamente relacionadas a estados patológicos específicos. Além disso, processos biológicos como envelhecimento estão ligados à inflamação no nosso glycome. Ainda precisa ser testado se reverter essas mudanças pode ajudar a prevenir doenças, ou até retardar o envelhecimento - uma possibilidade intrigante.

Juntamente com o DNA, proteínas e gorduras, os glicanos são uma das quatro principais macromoléculas essenciais para a vida. Destes quatro, os glicanos são os árbitros finais de como nossas células se comportam.


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O DNA orquestra a nossa aparência, nossa capacidade de pensar e comportar-se e até determina as doenças às quais somos mais suscetíveis. Dentro do nosso DNA estão segmentos curtos, genes, que geralmente contêm instruções sobre como sintetizar proteínas. As proteínas, por sua vez, são os "burros de carga" da célula, realizando muitas das funções necessárias à vida.

No entanto, como uma proteína se comporta muitas vezes depende do que os glicanos estão ligados a ela. Em outras palavras, essas moléculas de açúcar podem influenciar muito como nossas proteínas realizam seu trabalho e até mesmo como nossas células responderão aos estímulos. Por exemplo, se você alterar alguns glicanos na parte externa de uma célula, poderá acionar essa célula para migrar para um local diferente em nosso corpo.

O principal trabalho dos glicanos é modificar as proteínas e gorduras que se encontram na superfície de nossas células. Juntos, eles criam um grosso revestimento de açúcar ao redor da célula. Se considerarmos que a superfície da célula é o solo, os glicanos seriam a flora e a vida maravilhosamente diversas que brotam e dão cor e identidade à célula. De fato, se você fosse capaz de ver uma célula a olho nu, ela ficaria muito confusa. Imagine um pêssego com 10 vezes mais fuzz.

Cracking The Sugar Code: Por que o Glycome é a próxima grande coisa em saúde e medicinaCada célula do corpo humano é coberta com uma coleção de glicanos que são montados usando vários açúcares simples, como glicose, manose, galactose, ácido siálico, glucosamina e frucose como blocos de construção. Ao sentir o tipo de revestimento de açúcar presente, nossas células imunes podem identificar outras células como amigo ou inimigo. Isso ocorre porque as bactérias têm açúcares em suas superfícies que nunca são vistos nas células humanas - os açúcares do patógeno são sentidos pelo sistema imunológico e isso identifica as bactérias como "estranhas". Maverakis Emanual, CC BY-SA

Os glicanos rotulam nossas próprias células e as identificam como "eu"

A penugem em torno de uma célula é o seu revestimento de glicano. Estando do lado de fora de nossas células, os glicanos são o primeiro ponto de contato para a maioria das interações celulares e, assim, influenciam a maneira como nossas células se comunicam umas com as outras. Você também pode pensar nos glicanos como um “código de barras” celular único. Assim, a penugem de uma célula renal parecerá diferente da penugem de uma célula imune. Mas também existem semelhanças. Na verdade, as células do sistema imunológico que pesquisam nosso corpo em busca de patógenos sabem não atacar nossas próprias células por causa das características comuns no código de barras do glicano, que são compartilhadas por todas as células do nosso corpo.

Em contraste, bactérias e parasitas como malária têm diferentes "casacos de açúcar" que não são vistos em células humanas. Quando açúcares bacterianos são marcados como "estrangeiros", o sistema imunológico de uma pessoa tem como alvo a bactéria para a destruição. No entanto, alguns patógenos bacterianos prejudiciais, como o estreptococo do grupo B, que comumente causam infecções graves em bebês, podem evitar a detecção imune personificando células humanas transportando glicanas semelhantes como um disfarce - como o lobo vestido de pele de carneiro.

Infelizmente, alguns patógenos também são capazes de usar nossos glicanos para ajudá-los a causar doenças. Vírus mortais como o HIV e o Ebola evoluíram para se apossar de glicanos específicos que eles “travam” para infectar nossas células humanas. Terapias que bloqueiam a interação desses vírus com nossos glicanos, ou que atacam glicanos específicos de vírus, podem ser uma nova maneira de tratar essas infecções.

Cracking The Sugar Code: Por que o Glycome é a próxima grande coisa em saúde e medicinaOs açúcares em nossas células e em células bacterianas os rotulam como amigos ou inimigos. Maverakis Emanual, CC BY-SA

Nova pesquisa também mostrou que os glicanos desempenham um papel enorme no desenvolvimento de doenças auto-imunes como artrite reumatóide e pancreatite auto-imune. Isso não é surpreendente, já que os glicanos influenciam diretamente a função das células imunes.

Normalmente, nossas células imunológicas atuam como o “sistema de defesa” de nosso corpo, e identificam e destroem invasores estrangeiros como bactérias ou vírus nocivos. Mas quando o corpo erroneamente rotula nossas próprias células como o inimigo e lança um ataque interno a si mesmo, a autoimunidade nasce. Curiosamente, em tais casos, são os glicanos presentes nos anticorpos auto-agressivos que se comportam mal, que ditarão a força do ataque ao corpo. Esta resposta imune anormal pode até ser direcionada contra glicanos. Por exemplo, o sistema imunológico pode confundir glicoses “próprios” como se fossem moléculas “estrangeiras”. Nossa equipe de pesquisa recentemente publicou um artigo que introduziu a teoria glicano da autoimunidade, o que explica algumas dessas relações.

Glicanos em nossa comida podem desencadear respostas imunes

Tem havido muitos estudos ligando o consumo de carne vermelha com doenças como aterosclerose e diabetes, mas eles não foram capazes de mostrar por que ou como isso ocorre até recentemente. Um estudo intrigante sugere que o culpado era um açúcar com o nome pesado, ácido N-glicolilneuramínico não-humano, ou Neu5Gc, para abreviar. Neu5Gc é encontrado em todos os mamíferos, exceto humanos, porque os primeiros humanos que poderiam fazer Neu5Gc morrerem de um antigo parasita da malária.

No entanto, embora agora nos falte a capacidade de produzir Neu5Gc, nossos corpos ainda têm a capacidade de incorporá-lo nos glicanos em nossas células, se obtê-lo por comer carne vermelha. Uma vez que se torna parte do revestimento de glicano de nossas células, nossas células então têm uma substância “estrangeira” - Neu5Gc - ao redor delas. Isso pode desencadear inflamações em todo o corpo porque o nosso sistema imunológico reconhece o Neu5Gc como “estranho” e o ataca. A inflamação crônica causada por esses ataques internos pode levar a ataques cardíacos, derrames e até câncer.

Nossos corpos sintetizam dezenas de milhares de glicanos únicos, muitas vezes com estruturas ramificadas formadas a partir de blocos simples de açúcar. Proteínas ou gorduras também podem ser modificadas por dezenas de glicanos únicos. Essas inúmeras combinações dificultam o mapeamento de glicanos, porque precisamos de uma maneira prática e eficiente de analisar centenas de milhares de padrões de glicano.

Nossa equipe de pesquisa desenvolveu agora métodos para monitorar de maneira rápida e robusta o glycome humano. Ao capitalizar os avanços da engenharia e as melhorias no processamento de amostras, nossa técnica pode monitorar milhares de glicanos de uma só vez, o que nos permite caracterizar os glicanos nas células de controles saudáveis ​​e pacientes com uma variedade de doenças diferentes. Nosso objetivo é usar esses dados para desenvolver modelos preditivos para ajudar os médicos a diagnosticar e tratar todas as doenças humanas. Acreditamos que uma nova onda de avanços médicos chegará à medida que desbloquearmos o "código de açúcar".

Sobre o autor

Emanual Maverakis, Professor Associado - Departamentos de Microbiologia Médica e Imunologia e Dermatologia | Membro-Foods For Health Institute | Membro - Comprehensive Cancer Center | Diretor de Autoimunidade | Diretor - Núcleo de Monitoramento Imunológico, University of California, Davis; Carlito Lebrilla, eminente professor de química, University of California, Davise Jenny Wang, pesquisadora de pesquisa clínica da University of California, Davis | Estudante de Medicina, Albert Einstein College of Medicine, Universidade Yeshiva

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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