Diagnostika pomocou cukrov

Možno ste už zachytili slová ako proteomika a glykomika. Tieto dve omické vedy sa zaoberajú proteínmi a glykánmi.

Microarray biočip po inkubácii, na ktorom možno vidieť fluorescenčné signály jednotlivých vzoriek (spotov)

Glykány sú, veľmi zjednodušene povedané, cukry na povrchu buniek. Podľa toho, na akú biomolekulu sa viažu, vieme odlíšiť glykoproteíny a glykolipidy, ale napríklad aj proteoglykány a ďalšie typy glykokonjugátov. Ich štúdium je potrebné, keďže zmeny v glykánovej štruktúre sa javia ako vhodný indikátor na odlíšenie zdravých a chorých jedincov, čo si postupne nachádza svoje uplatnenie v diagnostike.
Vedecké tímy po celom svete sledujú zmeny v glykánovej štruktúre v súvislosti s rôznymi ochoreniami. Výstupom z takejto vedeckej štúdie môže byť objavenie významnej a dokázateľnej zmeny vhodnej na odlíšenie zdravých od chorých, ktorú voláme biomarker. Na to, aby sme mohli konkrétnu biomolekulu považovať za biomarker, je potrebné vykonať veľmi veľkú a rozsiahlu štúdiu na obrovskom množstve vzoriek, ktorá je následne vyhodnotená štatistickými nástrojmi. Toto je jeden z hlavných dôvodov, prečo celý proces od objavenia určitého biomarkera po jeho schválenie trvá tak dlho.

Metódy analýzy glykánov

V Chemickom ústave SAV sa vo svojej práci zaoberám prioritne dvoma metódami vhodnými na analýzu glykánov – hmotnostnou spektrometriou (MS) a na lektínoch založenou microarray (ide o spôsob spracovania veľkého množstva vzoriek nanesených v malých objemoch na špeciálny povrch). MS je veľmi sofistikovaná analytická metóda, ktorej výstupom je spektrum, v ktorom na základe známych hodnôt m/z vieme určiť, aké konkrétne glykánové štruktúry sú prítomné vo vzorke a po spracovaní signálov z týchto spektier tiež ich relatívnu intenzitu. V prípade microarray skúmame vzorky, ktoré sú pomocou zariadenia s názvom spotter nanesené vo veľmi malých objemoch (spotoch) na povrch microarray biočipu vo formáte mikroskopického sklíčka. Tieto biočipy si pripravujeme sami. Výstupom z microarray založenej na lektínoch je fluorescenčný signál, ktorý získame v procese merania pomocou microarray skenera – po interakcii glykánov nachádzajúcich sa v spotoch nanesených na biočipe s biotinylovaným lektínom a následnom prídavku fluorescenčnej značky konjugovanej so streptavidínom. Značka sa naviaže na lektín vďaka väzbe biotín-streptavidín. Pomocou špeciálneho softvéru vieme presne určiť veľkosť signálov prislúchajúcich špecifickým interakciám vzoriek s lektínmi v jednotlivých spotoch.
Pri oboch metódach sú získané dáta štatisticky spracované. V prípade MS zisťujeme konkrétny glykánový profil vo vzorke, v prípade microarray založenej na lektínoch zisťujeme prítomnosť konkrétnych cukrov v glykánoch vo vzorke na základe rôznej špecifity lektínov k cukrovým štruktúram.
Analýza glykánov má potenciál využitia pri výskume a sledovaní biomarkerov mnohých ochorení, napríklad rakoviny, ADHD alebo cukrovky, ale taktiež pri sledovaní procesu starnutia, čomu všetkému sa u nás, v Chemickom ústave SAV, aj venujeme.

Modelové MS spektrum zobrazuje glykoprofil pľúcneho tkaniva so znázornenými glykánovými štruktúrami prítomnými v spektre; farebné útvary znázorňujú rôzne cukry v glykánoch.

Možné oblasti využitia

Glykánová štruktúra je zaujímavá aj pre výskum možných liečiv alebo vakcín, okrem iného proti aktuálnemu koronavírusu SARS-CoV-2. Ide napríklad o výskum jeho spike proteínu, ktorým sa dokáže prichytiť na ACE2 receptory vorganizme. Tieto receptory sa v ľudskom tele nachádzajú v bohatšom zastúpení v pľúcach, srdci, obličkách alebo črevách. Na spike proteíne sa tiež nachádzajú glykány. Keď budeme poznať presnú štruktúru spike proteínu, jednoduchšie sa budú vyvíjať látky s účinkom zabrániť naviazaniu vírusu na bunky.
Ďalšou oblasťou, v ktorej sa môžeme zamerať na štúdium glykánovej štruktúry v súvislosti s ochorením covid-19, je glykoprofilácia tkanivových vzoriek. Ľudské telo je miestom, kde sa v prítomnosti akéhokoľvek ochorenia odohrávajú zmeny na rôznej úrovni (orgánovej, molekulovej). Inak by to nemalo byť ani v prípade pľúc, ktoré boli zasiahnuté ochorením covid-19. Doterajší výskum zameraný na zmeny v pľúcnom tkanive po úmrtí pacientov s týmto ochorením objavil ako hlavný histopatologický vzor difúzne poškodenie pľúcnych alveol (mechúrikov). Zatiaľ pre nás ostáva nezodpovedanou otázkou, či budú objavené rozdiely aj na úrovni glykánov medzi pacientmi, ktorí zomreli na ochorenie covid-19, a pacientmi, ktorí zomreli z iných príčin. Táto téma je jednou z aktuálne riešených tém v našom laboratóriu.

Text a foto Ing. Kristína Kianičková
Oddelenie glykobiotechnológie
Chemický ústav SAV v Bratislave
Článok vznikol v spolupráci s platformou Mladí vedci SAV.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 5/2022. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre