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当今生命科学研究的前沿领域——糖生物学与糖

时间:2015-10-08 15:19来源:未知 作者:admin 点击:

生命科学是研究生命现象和生命活动的本质、特征及其发生、发展规律,以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。科学家上世纪70年代以基因工程为标志的对核酸的研究的,80年代以蛋白质工程为标志的对蛋白质的研究取得的成果,为人类揭示生命科学现象提供了重要的理论基础和依据。
蛋白质、核酸和多糖是构成生命的三类大分子。蛋白质和核酸的研究已经成为生命科学中的热点问题。糖生物学之所以落后于蛋白质和基因的研究,主要是研究人员缺乏研究糖类分子的有效工具,物理和化学分析手段滞后,以及糖分子本身的复杂性。百余年来科学界对糖的认识几乎没有多大进展,糖类研究成了生命科学中的“灰姑娘”。近年来,“糖类研究”这个“灰姑娘”终于等来了属于她自己的马车。研究成果表明,糖类是生物体内除蛋白质和核酸以外的又一类重要的生物分子,尤其是重要的信息分子。
糖与蛋白质、脂类和核酸一样,是组成细胞的重要成份。科学家通过对糖的研究发现,糖不仅是细胞能量的主要来源,而且它在细胞的构建、细胞的生物合成和细胞生命活动的调控中扮演着重要的角色。对复杂而多变的“糖”的研究堪称生物化学的最新一个研究领域,糖生物学(glycobiology)是继基因组学、蛋白质组学研究之后,生命科学的最前沿的领域。糖生物学这个名词的提出是在1988年。牛津大学Dwek教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述,这标志着糖生物学这一新的分支学科的诞生。
近年来在糖类研究方面已取得不少进展。研究结果表明,糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化以及神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起着重要作用;炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转换、病原体感染,以及植物和病原体相互作用、植物与根瘤菌共生等生理和病理过程都有糖类的介导。在此基础上,新兴的糖生物学正处在蓬勃发展的起点。糖生物学涉及许多生物学科,如分子生物学、细胞生物学、病理学、免疫学、神经生物学等。糖生物学研究的发展又推动了这些学科的快速发展。
将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年。当年有3家实验室几乎同时发现“血管内皮细胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)”,后来改名为“E-选凝素(E-selectin)”。这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四糖Sia-LeX。当组织受到损伤时,白血球和内皮细胞粘附,并沿壁滚动,终而穿过血管壁,进入受损组织,杀灭入侵的异物。但是,过多的白血球则引起炎症以及继发的病变。后来又发现了这一家族中的其他成员:P-选凝素和L-选凝素。这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是,在肺癌和大肠癌细胞的表面也发现了四糖Sia-LeX。进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似上述机制穿过血管,进而导致肿瘤的转移。以这一研究成果为依据,出现了开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。
随着糖生物学基础研究的发展,以及利用研究成果转化为生产技术的研究受到高度重视,“糖工程学”的兴起也是极为自然的了。
二十一世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释。因此,对生物体内细胞识别和调控过程的信息分子——糖类的研究是不可或缺的。糖类的研究像生命科学研究中的又一里程碑,标志着生命科学的又一次跨越式进展。


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