Forskere har taget første billede nogensinde af protein med sukkermolekyler

Proteiner er den vigtigste byggesten i den menneskelige krop. Og de proteiner er ofte dækket af sukker.

Men indtil nu har det ikke været muligt at se, hvordan proteinerne ser ud i sin helhed med sukkermolekylerne på.

Det laver et nyt studie om på. Med en banebrydende ny teknologi har forskere fra Københavns Universitet og Max Planck Instituttet taget det første billede af et protein med sukkermolekyler på.

Det mest komplekse sukkermolekyler, vi analyser, er det, vi almindeligvis kalder slim, bestående af mucin-molekyler, der dækker alle våde overflader inden i vores krop. De sukkermolekyler er en del af en beskyttende barriere mellem mikrobiomet og vores krop, og er dermed med til at holde dårlige bakterier ude

- Lektor Yoshiki Narimatsu

"En avanceret mikroskopiteknik giver os mulighed for at visualisere glykoproteiner med fuld struktur af proteinrygraden og glykan knyttet til proteinet," siger lektor Rebecca Miller fra Copenhagen Center for Glycomics ved Institut for Cellulær og Molekylær Medicin.

De sukkermolekyler, der dækker proteiner, også kaldet glycaner, udøver mange kritiske funktioner i kroppen. Såsom at regulere immunforsvaret, vækst og udvikling af celler samt har stor betydning for mikrobiomet.

"De fleste teknikker til at studere proteiner formår ikke at visualisere glykaner. Men med vores nye undersøgelse viser vi, at det er muligt,” siger Rebecca Miller.

En rejse til månen

Det er svært at forudsige, hvad det vil betyde for fremtiden, at det nu er muligt at tage billeder af proteiner med sukkermolekyler. Men potentialet er unægtelig stort, understreger Rebecca Miller og tilføjer:

"Det er som at rejse til månen. Da vi først udviklede raketter, kunne vi ikke forudsige, hvad det præcist ville føre til. Det understreger dog vigtigheden af at optrevle mysterierne i verden omkring os. Hvis der er noget, vi har lært i løbet af de sidste par århundreders forskning, så er det, at forstå vi, hvordan tingene fungerer, så kan det i sidste ende føre til innovative opfindelser."

En af de mysterier, som den nye billede-teknologi måske vil kunne gøre os klogere på, er det menneskelige mikrobiom. I vores kroppe eksisterer en bred vifte af bakterier, som tilsammen danner mikrobiomet. Nogle af disse bakterier er gavnlige for vores kroppe, mens andre ikke er.

"Det mest komplekse sukkermolekyler, vi analyser, er det, vi almindeligvis kalder slim, bestående af mucin-molekyler, der dækker alle våde overflader inden i vores krop. De sukkermolekyler er en del af en beskyttende barriere mellem mikrobiomet og vores krop, og er dermed med til at holde dårlige bakterier ude," siger lektor Yoshiki Narimatsu, der bidrog til undersøgelsen ved at producere mucin-molekylerne.

Elektrospray Ion Beam Deposition Scanning Tunneling Mikroskopi Teknologien bag det nye studie hedder Electrospray Ion Beam Deposition Scanning Tunneling Microscopy (ESIBD-STM). Det er placeret på Max Planck Institute og er en ny kombination af eksisterende teknologier. Grundlæggende er det massespektrometri kombineret med avanceret mikroskopi.

Ved at tage billeder af slim-sukkermolekyler med den nye teknologi vil forskerne måske finde nøglen til at forstå mikrobiomets funktion bedre.

”Forskning i det sidste årti har kraftigt antydet, at mange sygdomme på en eller anden måde er påvirket af mikrobiomet, lige fra tilstande som autisme til diabetes. Vores nye teknologi åbner døren til potentielt at manipulere mikrobiomet for at bekæmpe sygdomme i fremtiden,” siger Yoshiki Narimatsu.

Udover at bane vejen for at forstå, hvordan mucin styrer mikrobiomet, kan det nye studie også gøre det muligt at udvikle ny medicin.

"De fleste af de proteiner, som vi injicerer mennesker med, har sukker på. Såsom antistoffer til at helbrede kræft eller hormoner som erythropoietin (EPO) for at stimulere bloddannelsen,” siger professor Henrik Clausen og Yoshiki Narimatsu tilføjer:

"Og hver gang et medicinfirma laver et parti af de lægemidler, skal de teste kvaliteten og sikre sig, at der er de rette sukkerarter. I princippet kunne de ved hjælp af denne nye teknologi se direkte på hvert molekyle og deres sukkerarter."

Det næste skridt for forskerne er, at bruge den nye teknologi til at undersøge, hvordan muciner i slimet styrer mikrobiomet og opretholder en sund symbiosetilstand. De ved allerede, at sukker er afgørende for at udvælge de gavnlige bakterier og fjerne de dårlige, men at kunne se disse effekter på de enkelte molekyler vil åbne en ny verden.

Du kan læse “Direct observation of glycans bonded to proteins and lipids at the single-molecule level“ i Science.

Projektet er delvist finansieret af Danmarks Grundforskningsfond og Novo Nordisk Fonden.