Cracking The Sugar Code: Por qué The Glycome es la próxima gran cosa en salud y medicina

Cracking The Sugar Code: Por qué The Glycome es la próxima gran cosa en salud y medicinaPor molekuul_be / shutterstock.com

Cuando piensas en azúcar, probablemente pienses en el azúcar de mesa dulce, blanco y cristalino que usas para hacer galletas o endulzar tu café. Pero, ¿sabías que dentro de nuestro cuerpo, las simples moléculas de azúcar se pueden conectar juntas para crear estructuras poderosas que recientemente se han encontrado relacionadas con problemas de salud, como cáncer, envejecimiento y enfermedades autoinmunes.

De acuerdo con la Academia Nacional de Ciencias, la creación de un mapa de su ubicación y estructura nos conducen a una nueva era de medicina moderna. Esto se debe a que el glycome humano, la colección completa de azúcares dentro de nuestro cuerpo, alberga glicanos aún por descubrir con el potencial de ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar a sus pacientes.

Gracias a la atención mundial obtenida por la finalización del proyecto 2003 del Genoma Humano, la mayoría de la gente ha oído hablar de ADN, genómica e incluso proteómica: el estudio de las proteínas. Pero el estudio de los glicanos, también conocido como glycomics, se trata de 20 años detrás de otros campos. Una razón para este retraso es que los científicos no han desarrollado las herramientas para identificar rápidamente las estructuras de glucanos y sus sitios de unión en las células de las personas. El "abrigo de azúcar" ha sido un tanto misterioso.

Hasta ahora, eso es.

Si bien la mayoría de los laboratorios se centran en la investigación celular o molecular, nuestra laboratorio está dedicado a desarrollar tecnología para caracterizar rápidamente las estructuras de glucanos y sus sitios de unión. Nuestro objetivo final es catalogar los cientos de miles de azúcares y sus ubicaciones en diversos tipos de células, y luego utilizar esta información para adaptar las terapias médicas a cada individuo.

¿Por qué nos importan los glucanos?

En el futuro, es probable que el análisis de los glicanos de un individuo se use para predecir nuestro riesgo de desarrollar enfermedades como artritis reumatoide, cáncer o incluso alergias a los alimentos. Esto se debe a que las alteraciones de glycome pueden vincularse específicamente a estados patológicos particulares. Además, procesos biológicos como envejecimiento están relacionados con la inflamación en nuestro glucógeno. Queda por probar si revertir estos cambios puede ayudar a prevenir enfermedades, o incluso retrasar el envejecimiento, una posibilidad intrigante.

Junto con el ADN, las proteínas y las grasas, los glucanos son una de las cuatro macromoléculas principales esenciales para la vida. De estos cuatro, los glucanos son los árbitros finales de cómo se comportan nuestras células.


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El ADN orquesta nuestra apariencia, nuestra capacidad de pensar y comportarnos, e incluso determina las enfermedades a las que somos más susceptibles. Dentro de nuestro ADN hay segmentos cortos, genes, que a menudo contienen instrucciones sobre cómo sintetizar proteínas. Las proteínas a su vez son los "caballos de batalla" de la célula, llevando a cabo muchas de las funciones necesarias para la vida.

Sin embargo, cómo se comporta una proteína a menudo depende de qué glucanos se le atribuyen. En otras palabras, estas moléculas de azúcar pueden influir enormemente en la forma en que nuestras proteínas hacen su trabajo, e incluso en cómo nuestras células responderán a los estímulos. Por ejemplo, si cambia algunos glicanos en el exterior de una celda, podría provocar que esa célula migre a una ubicación diferente en nuestro cuerpo.

El trabajo principal de los glucanos es modificar las proteínas y las grasas que se encuentran en la superficie de nuestras células. Juntos, crean una capa gruesa de azúcar alrededor de la celda. Si consideramos que la superficie de la célula es tierra, entonces los glicanos serían plantas y follaje maravillosamente diversos que brotarán y aportarán color e identidad a la célula. De hecho, si pudieras ver una célula a simple vista, se vería muy borroso. Imagine un melocotón con 10 veces más fuzz.

Cracking The Sugar Code: Por qué The Glycome es la próxima gran cosa en salud y medicinaCada célula del cuerpo humano está cubierta con una colección de glicanos que se ensamblan utilizando varios azúcares simples como glucosa, manosa, galactosa, ácido siálico, glucosamina y frucosa como componentes básicos. Al detectar el tipo de capa de azúcar presente, nuestras células inmunitarias pueden identificar a otras células como amigos o enemigos. Esto se debe a que las bacterias tienen azúcares en sus superficies que nunca se ven en las células humanas: los azúcares del patógeno son detectados por el sistema inmune y eso identifica a las bacterias como "extrañas". Emanual Maverakis, CC BY-SA

Los glicanos etiquetan nuestras propias células y las identifican como 'yo'

La pelusa alrededor de una celda es su capa de glucanos. Al estar en el exterior de nuestras células, los glucanos son el primer punto de contacto para la mayoría de las interacciones celulares y, por lo tanto, influyen en la forma en que nuestras células se comunican entre sí. También puede pensar en los glucanos como un "código de barras" celular único. Por lo tanto, la pelusa de una célula renal se verá diferente de la pelusa de una célula inmune. Pero también hay similitudes. De hecho, las células inmunitarias que examinan nuestro cuerpo en busca de patógenos saben que no atacarán nuestras propias células "propias" debido a las características comunes en el "código de barras" del glicano que comparten todas las células de nuestro cuerpo.

Por el contrario, las bacterias y los parásitos como malaria tener diferentes "capas de azúcar" que no se ven en las células humanas. Cuando los azúcares bacterianos son etiquetados como "extraños", el sistema inmune de una persona se dirige a la bacteria para su destrucción. Sin embargo, algunos patógenos bacterianos nocivos como el estreptococo del grupo B, que comúnmente causan infecciones graves en los bebés, pueden evitar la detección inmune mediante imitando a las células humanas llevando glucanos similares como un disfraz, como el lobo vestido con piel de oveja.

Desafortunadamente, algunos patógenos también pueden usar nuestros glucanos para ayudarlos a causar enfermedades. Virus mortales como el VIH y el Ébola han evolucionado para agarrar glicanos específicos que luego "bloquean" mientras infectan nuestras células humanas. Las terapias que bloquean la interacción de estos virus con nuestros glucanos o que atacan a los glicanos específicos de virus pueden ser una nueva vía para tratar estas infecciones.

Cracking The Sugar Code: Por qué The Glycome es la próxima gran cosa en salud y medicinaLos azúcares en nuestras células y en las células bacterianas los etiquetan como amigos o enemigos. Emanual Maverakis, CC BY-SA

Una nueva investigación también ha demostrado que los glucanos juegan un papel muy importante en el desarrollo de enfermedades autoinmunes como artritis reumatoide y pancreatitis autoinmune. Esto no es sorprendente ya que los glucanos influyen directamente en la función de las células inmunes.

Normalmente, nuestras células inmunes actúan como el "sistema de defensa" de nuestro cuerpo e identifican y destruyen invasores extraños como bacterias o virus dañinos. Pero cuando el cuerpo erróneamente etiqueta nuestras propias células como el enemigo y lanza un ataque interno sobre sí mismo, nace la autoinmunidad. Curiosamente, en tales casos, son los glicanos presentes en los anticuerpos de autoataque que se comportan mal los que dictarán la intensidad del ataque al cuerpo. Esta respuesta inmune anormal puede incluso dirigirse contra los glucanos. Por ejemplo, el sistema inmune puede confundir a los "propios" glicanos como si fueran moléculas "extrañas". Nuestro equipo de investigación recientemente publicó un artículo que introdujo la teoría de autoinmunidad de glicanos, lo que explica algunas de estas relaciones.

Los glicanos en nuestra comida pueden desencadenar respuestas inmunes

Ha habido muchos estudios que relacionan el consumo de carnes rojas con enfermedades como la aterosclerosis y la diabetes, pero no han podido demostrar por qué o cómo ocurre hasta hace poco. Un estudio intrigante sugiere que el culpable fue un azúcar con el nombre difícil de manejar, ácido siálico N-glycolylneuraminic no humano, o Neu5Gc para abreviar. Neu5Gc se encuentra en todos los mamíferos, excepto en los humanos, porque los primeros humanos que podían hacer que Neu5Gc muriera de un antiguo parásito de la malaria.

Sin embargo, aunque ahora no tenemos la capacidad de producir Neu5Gc, nuestros cuerpos todavía tienen la capacidad de incorporarlo a los glicanos en nuestras células si lo obtenemos al comer carne roja. Una vez que se convierte en parte de la capa de glucanos de nuestras células, nuestras células tienen una sustancia "extraña", Neu5Gc, rodeándolas. Esto puede desencadenar una inflamación en todo el cuerpo porque nuestro sistema inmunitario reconoce a Neu5c como "extraño" y lo ataca. La inflamación crónica causada por estos ataques internos puede provocar un ataque cardíaco, accidente cerebrovascular e incluso cáncer.

Nuestros cuerpos sintetizan decenas de miles de glicanos únicos, a menudo con estructuras de ramificación formadas a partir de simples bloques de construcción de azúcar. Las proteínas o las grasas también pueden ser modificadas por docenas de glicanos únicos. Estas innumerables combinaciones hacen que el mapeo de glucanos sea una tarea difícil porque necesitamos una forma práctica y eficiente de analizar cientos de miles de patrones de glucanos.

Nuestro equipo de investigación ahora ha desarrollado métodos para monitorear rápida y robustamente el glúcido humano. Al capitalizar los avances de ingeniería y las mejoras en el procesamiento de muestras, nuestra técnica puede monitorear miles de glicanos a la vez, lo que nos permite caracterizar los glicanos en células de controles sanos y pacientes con una variedad de enfermedades diferentes. Nuestro objetivo es utilizar esta información para desarrollar modelos predictivos que ayuden a los médicos a diagnosticar y tratar todas las enfermedades humanas. Creemos que llegará una nueva ola de avances médicos a medida que desbloqueamos el "código de azúcar".

Sobre el Autor

Emanual Maverakis, Profesor Asociado- Departamentos de Microbiología Médica e Inmunología y Dermatología | Miembro del Instituto de Alimentos para la Salud | Miembro - Comprehensive Cancer Center | Director- Autoinmunidad | Director - Núcleo de Monitoreo Inmune, Universidad de California, Davis; Carlito Lebrilla, Distinguido Profesor de Química, Universidad de California, Davis, y Jenny Wang, investigadora clínica, Universidad de California, Davis | Estudiante de Medicina, Facultad de Medicina Albert Einstein, Universidad Yeshiva

Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.

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