Nuova scoperta: Verso gli origami di zucchero

Jul 12, 2023

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I ricercatori del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPICI) hanno progettato una sequenza di carboidrati in grado di ripiegarsi in una struttura secondaria stabile. Fino ad ora, tali biopolimeri autoripieganti erano stati sviluppati solo per DNA e proteine, e gli zuccheri erano precedentemente considerati troppo flessibili per assumere una conformazione stabile. I carboidrati ripiegati potrebbero aprire prospettive completamente nuove nella biomedicina e nella scienza dei materiali.

© Istituto Max Planck per i colloidi e le interfacce / Martina Delbianco

I carboidrati costituiscono circa l'80% della biomassa terrestre, metà sulla terraferma e metà nel mare. Tuttavia, le loro proprietà materiali sono ancora poco conosciute. I ricercatori guidati dalla dottoressa Martina Delbianco, del Dipartimento di Sistemi Biomolecolari, sono interessati a come i polisaccaridi, o lunghe catene di zuccheri, si piegano e si assemblano nei materiali. Ad esempio, hanno scoperto come le singole catene di glucosio si uniscono per generare cellulosa, il componente principale delle piante. Usando questa conoscenza, ora stanno progettando carboidrati non naturali. Il loro lavoro si ispira alla ricerca sui peptidi (proteine ​​corte). La conoscenza delle proteine ​​naturali è stata utilizzata per progettare sequenze peptidiche sintetiche che potessero adottare forme 3D programmabili ed eseguire funzioni specifiche. Questo approccio ha aperto molte possibilità, ad esempio nella produzione di farmaci e nelle nanotecnologie. I carboidrati offrono ancora più opportunità grazie alla loro maggiore abbondanza e diversità rispetto ai peptidi.

Nel loro recente articolo sulla rivista Nature Chemistry, la dottoressa Delbianco e il suo team hanno dimostrato che è possibile progettare glicani che adottino una specifica conformazione stabile in soluzione acquosa. Hanno collegato insieme i motivi naturali dello zucchero per generare una forma che non esiste in natura, una forcina. Con un approccio simile ai Lego, hanno collegato due bastoncini lineari di cellulosa (in blu) a una spira rigida di glicano (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 dott.ssa Martina Delbianco. La struttura è stata preparata rapidamente utilizzando l'"Automated Glycan Assembly" (AGA), un processo in cui i monosaccaridi sono collegati in un sintetizzatore automatizzato per generare sequenze di polisaccaridi su misura. Per rivelare la struttura tridimensionale, il gruppo del dottor Delbianco ha utilizzato una serie di tecniche analitiche. Inoltre, ricercatori internazionali come il Prof. Jesús Jiménez-Barbero del CIC BioGUNE hanno collaborato con la Dott.ssa Martina Delbianco. "La struttura tridimensionale di una biomolecola determina la sua funzione. Ciò potrebbe significare, ad esempio, che in futuro potremmo utilizzare gli zuccheri ripiegati come farmaci, come catalizzatori per trasformazioni chimiche o come unità strutturali per la creazione di nanomateriali", afferma Dott.ssa Martina Delbianco.

Fittolani, G., Tyrikos-Ergas, T., Poveda, A. et al. Sintesi di una forcina glicanica. Naz. Chimica. (2023)

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