Nuevo descubrimiento: Hacia el origami de azúcar

Los carbohidratos plegados podrían abrir perspectivas completamente nuevas en biomedicina y ciencia de materiales

06.07.2023 - Alemania

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Investigadores del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces (MPICI) han diseñado una secuencia de carbohidratos capaz de plegarse en una estructura secundaria estable. Hasta ahora, este tipo de biopolímeros autoplegables sólo se habían desarrollado para el ADN y las proteínas, y los azúcares se consideraban demasiado flexibles para adoptar una conformación estable. Los carbohidratos plegados podrían abrir perspectivas completamente nuevas en biomedicina y ciencia de materiales.

Los hidratos de carbono constituyen alrededor del 80% de la biomasa terrestre, la mitad en la tierra y la otra mitad en el mar. Sin embargo, aún no se conocen bien sus propiedades materiales. Los investigadores dirigidos por la Dra. Martina Delbianco, del Departamento de Sistemas Biomoleculares, se interesan por cómo los polisacáridos, o largas cadenas de azúcares, se pliegan y ensamblan en materiales. Por ejemplo, han descubierto cómo las cadenas individuales de glucosa se unen para generar celulosa, el principal componente de las plantas. Con estos conocimientos, ahora diseñan carbohidratos no naturales. Su trabajo se inspira en la investigación de los péptidos (proteínas cortas). Los conocimientos sobre las proteínas naturales se utilizaron para diseñar secuencias de péptidos sintéticos capaces de adoptar formas tridimensionales programables y desempeñar funciones específicas. Este planteamiento abrió muchas posibilidades, por ejemplo en la producción de fármacos y la nanotecnología. Los carbohidratos ofrecen aún más oportunidades debido a su mayor abundancia y diversidad en comparación con los péptidos.

En su reciente artículo en la revista Nature Chemistry, la Dra. Delbianco y su equipo demostraron que es posible diseñar glicanos que adopten una conformación específica estable en solución acuosa. Unieron motivos naturales de azúcar para generar una forma que no existe en la naturaleza, una horquilla. Con un método similar al de Lego, conectaron dos varillas lineales de celulosa (en azul) a un giro rígido de glicano (en verde) para obtener una nueva forma no natural. "Los carbohidratos pueden generarse con formas programables, lo que abre la posibilidad de dotar a los glicanos de nuevas propiedades y funciones", afirma la Dra. Martina Delbianco. La estructura se preparó rápidamente mediante "Automated Glycan Assembly" (AGA), un proceso en el que los monosacáridos se conectan en un sintetizador automatizado para generar secuencias de polisacáridos a medida. Para revelar la estructura tridimensional, el grupo del Dr. Delbianco utilizó una plétora de técnicas analíticas. Además, investigadores internacionales como el Prof. Jesús Jiménez-Barbero, del CIC BioGUNE, colaboraron con la Dra. Martina Delbianco. "La estructura tridimensional de una biomolécula determina su función. Esto podría significar, por ejemplo, que en el futuro podríamos utilizar azúcares plegados como fármacos, como catalizadores para transformaciones químicas o como unidades estructurales para la creación de nanomateriales", afirma la Dra. Martina Delbianco.

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