Infekcije kolere uzrokovane bakterijama Vibrio cholerae mogu biti opasne po život, a okidač je toksin kolere koji proizvode bakterije. Vezuje se za površinu crevnih ćelija – tačnije, za određene „šećerne lipide“ (GM1 gangliozidi, GM1) na površini ćelija. Ova veza je jedna od najjačih poznatih interakcija između proteina — toksina — i šećera u GM1. Omogućava toksinu kolere da prodre u crevne ćelije, što izaziva veoma brz gubitak tečnosti.
U interdisciplinarnom pristupu, tim sa Univerziteta Minster, ETH Cirih i Leibniz Universitat Hanover je sada po prvi put analizirao ključnu komponentu kompleksa toksina GM1 kolere koristeći fluorisani analog GM1. Nalazi o molekularnim mehanizmima snažne interakcije pomažu u boljem razumevanju bolesti i mogu omogućiti razvoj novih lekova.
Rad je objavljen u časopisu ACS Central Science.
Kao jedna od najzastupljenijih klasa biomolekula u biljci, ugljeni hidrati su neophodni u svim oblastima biologije i medicine. Od određivanja krvnih grupa do regulisanja imunog sistema i snabdevanja ćelija energijom — složenost ovih molekula šećera nudi veliki potencijal za razvoj lekova sledeće generacije. Međutim, njihova interakcija sa ciljnim proteinima je često preslaba da bi se koristila u terapeutske svrhe.
Jedan izuzetak je prethodno pomenuta snažna interakcija između GM1 gangliozida i toksina kolere, koja se intenzivno istražuje decenijama. Da bi se ova interakcija mogla preciznije okarakterisati na molekularnom nivou, istraživački tim je proizveo fluorovani analog GM1 (F-GM1) putem složene hemijske sinteze. Fluor je služio kao alat za identifikaciju molekularnih interakcija ovog takozvanog glikomimetika.
Postoji nekoliko prednosti fluora kao zamene za hidroksilnu grupu (OH): povećana stabilnost molekula protiv enzimske degradacije, kontrola prostornog rasporeda atoma (stereoselektivnost) tokom hemijske glikozilacije i mogućnost istraživanja interakcije toksina kolere. sa F-GM1 u rastvoru, odnosno u stanju sličnom onom u telu, spektroskopijom nuklearne magnetne rezonance (NMR spektroskopija). Afinitet—tj. želja da se formira veza — analoga bila je bliska afinitetu i snazi vezivanja prirodnog GM1.
Istraživači su takođe koristili kristalografiju proteina da bi detaljnije istražili interakcije i prostorni raspored atoma F-GM1 unutar džepa za vezivanje kako bi objasnili nešto manji afinitet za toksin kolere u poređenju sa prirodnim šećerom. Pri tome su demonstrirali dodatnu interakciju unutar molekularnog kompleksa izazvanu fluorom, kao i promenjen raspored nekih funkcionalnih grupa u džepu za vezivanje.
Studija naglašava potencijal upotrebe fluorovanih gangliozida u biomedicinskim istraživanjima, na primer za istraživanje kaskada molekularne signalizacije koje uključuju lance šećera (glikane), da bi se identifikovale moguće nove aktivne supstance ili za razvoj vakcine.
