Nuova scoperta verso l'origami dello zucchero

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di Max Planck Society

I ricercatori presso l'Istituto Max Planck di Colloidi e Interfacce (MPICI) hanno progettato una sequenza di carboidrati in grado di piegarsi in una struttura secondaria stabile.

Fino ad ora, tali biopolimeri autopieganti erano stati sviluppati solo per il DNA e le proteine, e gli zuccheri venivano considerati troppo flessibili per assumere una conformazione stabile. I carboidrati piegati potrebbero aprire prospettive completamente nuove nella biomedicina e nella scienza dei materiali.

I carboidrati costituiscono circa l'80% della biomassa terrestre, metà sulla terraferma e metà in mare. Tuttavia, le loro proprietà materiali sono ancora scarsamente comprese. I ricercatori guidati dalla dottoressa Martina Delbianco, del Dipartimento di Sistemi Biomolecolari, sono interessati a come i polisaccaridi, o lunghe catene di zuccheri, si pieghino e si assemblando nei materiali. Ad esempio, hanno scoperto come le catene di glucosio si uniscano per generare la cellulosa, il componente principale delle piante.

Utilizzando questa conoscenza, stanno ora progettando carboidrati non naturali. Il loro lavoro è ispirato alla ricerca sui peptidi (proteine corte). La conoscenza delle proteine naturali è stata utilizzata per progettare sequenze di peptidi sintetici che potrebbero adottare forme tridimensionali programmabili e svolgere funzioni specifiche. Questo approccio ha aperto molte possibilità, ad esempio nella produzione di farmaci e nella nanotecnologia. I carboidrati offrono ancora più opportunità grazie alla loro maggiore abbondanza e diversità rispetto ai peptidi.

Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature Chemistry, la dottoressa Delbianco e il suo team hanno dimostrato che è possibile progettare glicani che assumono una specifica conformazione stabile in soluzione acquosa. Hanno collegato insieme motivi zuccherini naturali per generare una forma che non esiste in natura, una forcina. Con un approccio simile a quello dei mattoncini Lego, hanno collegato due aste lineari di cellulosa (in blu) a una torsione glicanica rigida (in verde) per ottenere una nuova forma non naturale.

"I carboidrati possono essere generati con forme programmabili, il che apre la possibilità di dotare i glicani di nuove proprietà e funzioni", afferma la dottoressa Martina Delbianco. La struttura è stata preparata rapidamente utilizzando l'"Automated Glycan Assembly" (AGA), un processo in cui i monosaccaridi vengono collegati in un sintetizzatore automatico per generare sequenze di polisaccaridi su misura. Per rivelare la struttura tridimensionale, il gruppo della dottoressa Delbianco ha utilizzato una serie di tecniche analitiche.

Inoltre, ricercatori internazionali come il professor Jesús Jiménez-Barbero del CIC BioGUNE hanno collaborato con la dottoressa Martina Delbianco. "La struttura tridimensionale di una biomolecola determina la sua funzione. Questo potrebbe significare, ad esempio, che in futuro potremmo utilizzare zuccheri piegati come farmaci, come catalizzatori per trasformazioni chimiche o come unità strutturali per la creazione di nanomateriali", afferma la dottoressa Martina Delbianco.

Informazioni sulla rivista: Nature Chemistry

Fornito da Max Planck Society