自動液相乘法合成復(fù)雜聚糖到1080糖

在自然界中糖類物質(zhì)無處不在，幾乎參與了多細(xì)胞生物的全部生命過程，如受精、著床、分化、發(fā)育、免疫、感染、癌變、衰老等等。由于糖類化合物結(jié)構(gòu)固有的復(fù)雜性，想要獲得結(jié)構(gòu)明確均一的聚糖類化合物，合成難度大，往往需要具有高度專業(yè)技能的人員通過手工合成來完成，耗時(shí)費(fèi)力，這嚴(yán)重制約著糖科學(xué)的發(fā)展；而對于分子尺寸更大、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多糖類化合物的合成，更是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。目前國際上糖類化合物的自動合成技術(shù)仍處于初級階段，尤其是液相糖自動合成儀的研制在國內(nèi)外基本上還是空白，因此糖類化合物的合成范式亟待變革。

近日，北京大學(xué)天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Synthesis》上在線發(fā)表了題為“Automated solution-phase multiplicative synthesis of complex glycans up to a 1,080-mer”的研究論文，報(bào)道了關(guān)于糖類化合物自動合成領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)基于“預(yù)活化”一釜多組分糖基化反應(yīng)和液相乘法合成的原理，自主研發(fā)了新型雙模式液相糖自動合成儀；并利用該自動合成儀合成了各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的寡糖和多糖，其中合成多糖的分子尺寸達(dá)到了驚人的1080糖（1080-mer），將結(jié)構(gòu)均一的多糖分子的合成提升到了一個(gè)新的高度，遠(yuǎn)超核酸（到200-mer）和蛋白質(zhì)（到472-mer）的合成水平。

研究團(tuán)隊(duì)在前期建立了基于糖基供體“預(yù)活化”的一釜連續(xù)寡糖合成策略，從而奠定了糖自動合成儀研制的基礎(chǔ)。合成儀的硬件包括自動合成系統(tǒng)（包含自動進(jìn)樣系統(tǒng)和合成輔助系統(tǒng)）、在線監(jiān)測系統(tǒng)和可編程邏輯控制系統(tǒng)，通過可編程邏輯控制系統(tǒng)將自動合成系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行耦合，成功設(shè)計(jì)了新型雙模式液相糖自動合成儀的整機(jī)框架，實(shí)現(xiàn)了第一代原型機(jī)的順利組裝。軟件方面，可編程邏輯控制系統(tǒng)受上位機(jī)控制，基于Labview語言程序設(shè)計(jì)研發(fā)了實(shí)用的特色上位機(jī)軟件控制系統(tǒng)（Ye Glycosoft），完成對合成儀的整機(jī)控制和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了合成儀的穩(wěn)定運(yùn)行。

為了驗(yàn)證所研制的合成儀的功能，他們利用該合成儀進(jìn)行了如下工作：（1）在普通活化模式或者光介導(dǎo)活化模式下，快速自動合成了具有重要生物活性、包含各種糖型和糖苷鍵連接方式的寡糖化合物庫；（2）以克級規(guī)模高收率地自動合成了帶有保護(hù)基的抗凝血糖藥物磺達(dá)肝葵鈉五糖；（3）以單糖為原料，成功實(shí)現(xiàn)了一釜十組分自動偶聯(lián)反應(yīng)得到聚阿拉伯十糖；在此基礎(chǔ)上利用自動乘法合成策略，自動合成了結(jié)構(gòu)均一的由1080個(gè)單糖單元所組成的多糖阿拉伯聚糖，而阿拉伯聚糖是植物和病原菌細(xì)胞壁的重要成分。這是目前人工合成的最大最長的多糖分子，使得代表著人工合成均一結(jié)構(gòu)生物大分子復(fù)雜度的單體組成數(shù)目首次達(dá)到了四位數(shù)水平，在多糖合成領(lǐng)域具有重要的里程碑式意義。該合成儀為非專業(yè)人員提供了一個(gè)組裝目標(biāo)聚糖的平臺，填補(bǔ)了國內(nèi)外在液相糖合成儀研制方面的空白，將為糖科學(xué)及其在醫(yī)藥和材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的有效的工具。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s44160-022-00171-9

注：此研究成果摘自《Nature Synthesis》，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場，僅供參考。

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