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The FASEB J:科学家使用原子力显微镜技术来解码机体肠道秘密

  1. The FASEB J
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来源:生物谷 2013-04-14 23:21

2013年4月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自英国食品研究所的研究人员基于原子力显微镜开发出了一种新技术,用以帮助研究者解析人类肠壁所编码的遗传信息。相关研究成果刊登于国际杂志The FASEB Journal上。

2013年4月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自英国食品研究所的研究人员基于原子力显微镜开发出了一种新技术,用以帮助研究者解析人类肠壁所编码的遗传信息。相关研究成果刊登于国际杂志The FASEB Journal上。

我们的肠壁是机体与外部环境之间的重要天然屏障,如果将肠壁展开的话,其面积有足球场那么大,其可以让营养物质穿过,同时可以将有害的致病菌阻隔在外,但是可以使得数以万亿计的有益细菌生活在机体肠道中,维持机体的正常功能。

Nathalie Juge教授和其同事开展这项研究目的在于理解粘蛋白在维持肠道健康上所起到的作用,同时揭示粘蛋白如何和肠道中的细菌相互作用。从分子水平来讲,粘蛋白是一类糖基化的蛋白集群,其可以使得蛋白质呈现出瓶刷的形状。这些分子糖链可以根据其位点以及组织的寿命不断改变,而且可以在炎性肠病如溃疡性结肠炎等疾病中明显看到粘蛋白的异常情况。

致病菌通过长期的进化逐渐产生了一种可以和粘蛋白结合的机制,其可以克服机体的免疫系统,然而研究者在理解编码复杂糖链遗传信息上总是赶不上疾病感染人类的速度。理解糖类的编码信息可以为我们解析肠道内有益细菌和有害细菌之间的相互作用提供思路和希望,而且也为我们开发出抵御疾病的疗法提供帮助。这种相互作用往往发生在分子水平上,这就要求我们在分子层面上开发出一种新型的工具来克服这个瓶颈,于是研究者就使用了原子力显微技术来进行相应的研究。

原子力显微技术(AFM)包含了较高分辨率的成像系统,其可以对分子间的力量进行探测,AFM可以通过在分子表面上的柔性悬臂末端的笔尖连续运转来进行工作,非常像盲人阅读盲文一样。激光可以弹开悬臂,从而将信号放大以便AFM可以将一张纸厚度百万分之一的距离探测到。

这项研究中,研究者使用这种新型技术将糖类结合的分子(外源凝集素)媳妇到AFM的柔性悬臂上,随后研究者就可以来检测结合在分子表面上的粘蛋白类,Gunning博士表示,这就好像钓鱼一样,粘蛋白分子浸入在水中,我们使用外源凝集素来作为诱饵,将钓鱼线一直放到水底,然后拉起来,如果外源凝集素可以在粘蛋白上寻找到靶向糖类分子,那么这个过程就会被抑制。

使用这项技术会产生定义不同粘蛋白的特殊指纹,这样研究者就能够区分不同肠道部分所产生的不同的粘蛋白类。目前研究者希望研究来自疾病组织的粘蛋白,从而来调查其糖类编码信息,这或许可以帮助研究者理解细菌是如何进行阅读并且控制这些糖类的编码的。使用新型技术,研究者将会在未来不断地揭示我们机体的秘密。(生物谷Bioon.com)

Mining the “glycocode”—exploring the spatial distribution of glycans in gastrointestinal mucin using force spectroscopy

A. Patrick Gunning, Andrew R. Kirby, Christine Fuell, Carmen Pin, Louise E. Tailford and Nathalie Juge1

Mucins are the main components of the gastrointestinal mucus layer. Mucin glycosylation is critical to most intermolecular and intercellular interactions. However, due to the highly complex and heterogeneous mucin glycan structures, the encoded biological information remains largely encrypted. Here we have developed a methodology based on force spectroscopy to identify biologically accessible glycoepitopes in purified porcine gastric mucin (pPGM) and purified porcine jejunal mucin (pPJM). The binding specificity of lectins Ricinus communis agglutinin I (RCA), peanut (Arachis hypogaea) agglutinin (PNA), Maackia amurensis lectin II (MALII), and Ulex europaeus agglutinin I (UEA) was utilized in force spectroscopy measurements to quantify the affinity and spatial distribution of their cognate sugars at the molecular scale. Binding energy of 4, 1.6, and 26 aJ was determined on pPGM for RCA, PNA, and UEA. Binding was abolished by competition with free ligands, demonstrating the validity of the affinity data. The distributions of the nearest binding site separations estimated the number of binding sites in a 200-nm mucin segment to be 4 for RCA, PNA, and UEA, and 1.8 for MALII. Binding site separations were affected by partial defucosylation of pPGM. Furthermore, we showed that this new approach can resolve differences between gastric and jejunum mucins.—Gunning, A. P., Kirby, A. R., Fuell, C., Pin, C., Tailford L. E., Juge, N. Mining the “glycocode”—exploring the spatial distribution of glycans in gastrointestinal mucin using force spectroscopy.

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