బాక్టీరియా, మెదళ్ళు మరియు చక్కెర: శాస్త్రవేత్తలు కొత్త కనెక్షన్‌లను వెలికితీస్తారు

కొత్త అధ్యయనం, పత్రికలో ప్రచురించబడింది ప్రకృతి నిర్మాణ మరియు పరమాణు జీవశాస్త్రం, గట్లో నివసించే బ్యాక్టీరియా కార్బోహైడ్రేట్ల ద్వారా మెదడులోని ప్రోటీన్లు ఎలా సవరించబడుతుందో ప్రభావితం చేస్తుందని చూపించినది – గ్లైకోసైలేషన్ అని పిలువబడే ఒక ప్రక్రియ. శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేసిన కొత్త పద్ధతి ద్వారా ఈ అధ్యయనం సాధ్యమైంది – DQGCOLO – ఇది మునుపటి అధ్యయనాల కంటే గ్లైకోసైలేషన్‌ను చాలా ఎక్కువ స్థాయిలో మరియు తీర్మానంలో అధ్యయనం చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

గ్లైకోసైలేషన్‌ను కొలవడానికి కొత్త మార్గం

ప్రోటీన్లు మా కణాల వర్క్‌హోర్స్‌లు మరియు వాటి ప్రధాన బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లు. మరోవైపు, చక్కెరలు, లేదా కార్బోహైడ్రేట్లు శరీరం యొక్క ప్రధాన శక్తి వనరులలో ఉన్నాయి. అయినప్పటికీ, ప్రోటీన్లను రసాయనికంగా సవరించడానికి సెల్ చక్కెరలను ఉపయోగిస్తుంది, వాటి విధులను మారుస్తుంది. దీనిని గ్లైకోసైలేషన్ అంటారు.

“గ్లైకోసైలేషన్ కణాలు ఒకదానితో ఒకటి (సంశ్లేషణ), అవి ఎలా కదులుతాయి (చలనశీలత) మరియు అవి ఒకదానితో ఒకటి (కమ్యూనికేషన్) ఎలా మాట్లాడతాయో కూడా ప్రభావితం చేస్తాయి” అని అధ్యయనం యొక్క మొదటి రచయిత మరియు సావిట్స్కి టీమ్ రీసెర్చ్ సైంటిస్ట్ క్లెమెంట్ పాటెల్ వివరించారు. “ఇది క్యాన్సర్ మరియు న్యూరానల్ డిజార్డర్‌లతో సహా పలు వ్యాధుల వ్యాధికారకంలో పాల్గొంటుంది.”

అయినప్పటికీ, గ్లైకోసైలేషన్ సాంప్రదాయకంగా అధ్యయనం చేయడం చాలా కష్టం. కణంలోని ప్రోటీన్లలో కొద్ది భాగం మాత్రమే గ్లైకోసైలేటెడ్ మరియు వాటిలో తగినంతగా అధ్యయనం చేయడానికి ఒక నమూనాలో (‘సుసంపన్నం’ అని పిలువబడే ప్రక్రియ) శ్రమతో, ఖరీదైనది మరియు సమయం తీసుకుంటుంది.

“ఇప్పటివరకు, ఇటువంటి అధ్యయనాలు క్రమబద్ధమైన స్థాయిలో, పరిమాణాత్మక పద్ధతిలో మరియు అధిక పునరుత్పత్తి సామర్థ్యంతో చేయడం సాధ్యం కాలేదు” అని EMBL హైడెల్బర్గ్ వద్ద జట్టు నాయకుడు, సీనియర్ శాస్త్రవేత్త మరియు ప్రోటీమిక్స్ కోర్ ఫెసిలిటీ అధిపతి మిఖాయిల్ సావిట్స్కి అన్నారు. “ఇవి మేము కొత్త పద్ధతిలో అధిగమించగలిగిన సవాళ్లు.”

జీవ నమూనాల నుండి గ్లైకోసైలేటెడ్ ప్రోటీన్లను ఎంపిక చేయడానికి DQGCOLO సులభంగా లభించే మరియు ఫంక్షనలైజ్డ్ సిలికా పూసలు వంటి తక్కువ-ధర ప్రయోగశాల పదార్థాలను ఉపయోగిస్తుంది, తరువాత వాటిని ఖచ్చితంగా గుర్తించి కొలవవచ్చు. ఎలుకల నుండి మెదడు కణజాల నమూనాలకు ఈ పద్ధతిని వర్తింపజేస్తే, పరిశోధకులు 150,000 గ్లైకోసైలేటెడ్ ప్రోటీన్ల (‘ప్రోటీఫామ్స్’) ను గుర్తించగలరు, ఇది మునుపటి అధ్యయనాలతో పోలిస్తే 25 రెట్లు ఎక్కువ పెరుగుదల.

కొత్త పద్ధతి యొక్క పరిమాణాత్మక స్వభావం అంటే పరిశోధకులు వేర్వేరు కణజాలాలు, సెల్ లైన్లు, జాతుల నమూనాల మధ్య తేడాలను పోల్చవచ్చు మరియు కొలవవచ్చు. ఇది ‘మైక్రోహెటెరోజెనిటీ’ యొక్క నమూనాను అధ్యయనం చేయడానికి కూడా వీలు కల్పిస్తుంది – ప్రోటీన్ యొక్క అదే భాగం ఉన్న దృగ్విషయం అనేక (కొన్నిసార్లు వందల) వేర్వేరు చక్కెర సమూహాల ద్వారా సవరించవచ్చు.

మైక్రోహెటెరోజెనిటీకి సర్వసాధారణమైన ఉదాహరణలలో ఒకటి మానవ రక్త సమూహాలు, ఇక్కడ ఎర్ర రక్త కణాలలో ప్రోటీన్లపై వివిధ చక్కెర సమూహాలు ఉండటం రక్త రకాన్ని (ఎ, బి, ఓ మరియు ఎబి) నిర్ణయిస్తుంది. రక్త మార్పిడి యొక్క విజయాన్ని ఒక వ్యక్తి నుండి మరొకరికి నిర్ణయించడంలో ఇది ప్రధాన పాత్ర పోషిస్తుంది.

కొత్త పద్ధతి వందలాది ప్రోటీన్ సైట్లలో ఇటువంటి మైక్రోహెటెరోజెనిటీని గుర్తించడానికి జట్టును అనుమతించింది. “మైక్రోహెటెరోజెనిటీ యొక్క విస్తృతమైన ప్రాబల్యం ప్రజలు ఎల్లప్పుడూ have హించిన విషయం అని నేను భావిస్తున్నాను, కాని అది ఎప్పుడూ స్పష్టంగా నిరూపించబడలేదు, ఎందుకంటే మీరు ప్రకటన చేయగలిగేలా గ్లైకోసైలేటెడ్ ప్రోటీన్ల యొక్క తగినంత కవరేజీని కలిగి ఉండాలి” అని మరొక మొదటి రచయిత మీరా బర్ట్చెర్ అన్నారు అధ్యయనం మరియు సావిట్స్కి బృందం పీహెచ్‌డీ విద్యార్థి.

గట్ నుండి మెదడు వరకు

పద్ధతి యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు శక్తిని బట్టి, పరిశోధకులు అత్యుత్తమ జీవసంబంధమైన ప్రశ్నను పరిష్కరించడానికి దీనిని ఉపయోగించాలని నిర్ణయించుకున్నారు. EMBL లోని మైఖేల్ జిమ్మెర్మాన్ యొక్క సమూహంతో సహకారంతో, వారు మెదడులో గమనించిన గ్లైకోసైలేషన్ సంతకాలపై గట్ మైక్రోబయోమ్ ఏమైనా ప్రభావం చూపిందా అని వారు పరీక్షించారు. జిమ్మెర్మాన్ మరియు సావిట్స్కి రెండూ EMBL వద్ద సూక్ష్మజీవుల పర్యావరణ వ్యవస్థల ట్రాన్స్‌వర్సల్ థీమ్‌లో భాగం, దీనిని 2022-26 EMBL ప్రోగ్రామ్ ‘మాలిక్యూల్స్ టు ఎకోసిస్టమ్స్’ ప్రవేశపెట్టారు.

“గట్ మైక్రోబయోమ్‌లు నాడీ విధులను ప్రభావితం చేస్తాయని తెలిసింది, కాని పరమాణు వివరాలు ఎక్కువగా తెలియవు” అని పోటెల్ చెప్పారు. “గ్లైకోసైలేషన్ న్యూరోట్రాన్స్మిషన్ మరియు ఆక్సాన్ మార్గదర్శకత్వం వంటి అనేక ప్రక్రియలలో చిక్కుకుంది, కాబట్టి ఇది గట్ బ్యాక్టీరియా మెదడులోని పరమాణు మార్గాలను ప్రభావితం చేసిన ఒక యంత్రాంగం కాదా అని మేము పరీక్షించాలనుకుంటున్నాము.”

ఆసక్తికరంగా, ‘జెర్మ్-ఫ్రీ ఎలుకలతో’ పోల్చినప్పుడు, అంటే ఎలుకలు శుభ్రమైన వాతావరణంలో పెరిగాయి, అవి పూర్తిగా సూక్ష్మజీవులు కలిగి ఉండవు మరియు వాటి శరీరంలో, వివిధ గట్ బ్యాక్టీరియాతో వలసరాజ్యం చేయబడిన ఎలుకలు మెదడులో వేర్వేరు గ్లైకోసైలేషన్ నమూనాలను కలిగి ఉన్నాయి. మార్చబడిన నమూనాలు ముఖ్యంగా కాగ్నిటివ్ ప్రాసెసింగ్ మరియు ఆక్సాన్ పెరుగుదల వంటి నాడీ విధుల్లో ముఖ్యమైన ప్రోటీన్లలో స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి.

అధ్యయనం యొక్క డేటాసెట్‌లు ఇతర పరిశోధకుల కోసం కొత్త అంకితమైన అనువర్తనం ద్వారా బహిరంగంగా అందుబాటులో ఉన్నాయి. అదనంగా, గ్లైకోసైలేషన్ సైట్ల గురించి, ముఖ్యంగా వివిధ జాతులలో, డేటాను తెలియజేయడానికి డేటాను ఉపయోగించవచ్చా అనే బృందం కూడా ఆసక్తిగా ఉంది. దీని కోసం, వారు కెమిస్ట్రీలో 2024 నోబెల్ బహుమతితో గుర్తించబడిన ప్రోటీన్ నిర్మాణాలను అంచనా వేయడానికి AI- ఆధారిత సాధనం ఆల్ఫాఫోల్డ్ వంటి యంత్ర అభ్యాస విధానాలను ఉపయోగిస్తున్నారు.

“మౌస్ డేటాపై మోడళ్లకు శిక్షణ ఇవ్వడం ద్వారా, మానవులలో గ్లైకోసైలేషన్ సైట్ల యొక్క వైవిధ్యం ఏమిటో మేము can హించడం ప్రారంభించవచ్చు, ఉదాహరణకు,” EMBL వద్ద సావిట్స్కిలోని పోస్ట్‌డాక్ మార్టిన్ గారిడో మరియు EMBL వద్ద సాజ్-రోడ్రిగెజ్ సమూహాలు మరియు మరొక మొదటి రచయిత చెప్పారు అధ్యయనం. “ఇతర జీవులను అధ్యయనం చేసే వ్యక్తులకు ఇది చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది, వారి ఆసక్తి ప్రోటీన్లలో గ్లైకోసైలేషన్ సైట్‌లను గుర్తించడంలో వారికి సహాయపడుతుంది.”

మరింత ప్రాథమిక జీవ ప్రశ్నలకు సమాధానం ఇవ్వడానికి మరియు కణాలలో గ్లైకోసైలేషన్ పోషిస్తున్న క్రియాత్మక పాత్రను అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులు కొత్త పద్ధతిని వర్తింపజేయడానికి కూడా కృషి చేస్తున్నారు.