糖的结构、生物合成、生物学和进化

  糖生物学最早开始于20世纪80年代，当时被用于描述碳水化合物化学和生物化学传统研究的融合。随着该领域的快速发展，目前以及囊括了生物工程、医学、材料科学等领域，因此目前称为糖科学可能更为合适。

  聚糖包括一组具有线性和支链结构的多种分子，这些分子对基本的生物学功能至关重要。没有已知的例外，自然界中的所有细胞都被这些糖分子包裹——从大多数细胞表面周围的复杂糖链到像支架一样附着在脂质和蛋白质上时形成的共轭分子，它们绝对是生命的基础。虽然大家谈论起碳水化合物和糖时更容易联想起饮食，但聚糖实际上是最重要的生物分子之一。它们不仅可以储存能量，在某些情况下还为多细胞生物提供结构框架(如纤维素)。此外，它们还可以介导细胞之间的通讯;影响宿主和寄生虫之间的相互作用;塑造免疫反应、疾病进展、发育和生理学。随着知识的快速扩展，我们才刚刚开始了解这些结构对生物学功能影响的多样性和重要性。

  随着对这些分子的研究的深入，生物技术和医学等应用领域的研究人员已将注意力转向糖科学，将其作为查明疾病驱动因素的工具。许多疾病都与聚糖在体内产生的缺陷或糖基化问题有关，糖基化是碳水化合物附着在蛋白质和其他分子上的过程。这包括某些形式的癌症。癌细胞甚至被证明可以隐藏在某些糖蛋白中以逃避免疫反应。另一方面，聚糖可能是潜在疗法的储存库。例如，血液稀释剂肝素是世界上最畅销的处方药之一，是一种基于碳水化合物的药物。

  长期以来，分子生物学家专注于核酸和蛋白质，而对包裹它们的糖相对较少。基于核酸和蛋白开发的预测工具在糖科学的研究中显得无足轻重。例如，细胞的DNA和RNA序列可以预测细胞产生什么蛋白质，因此科学家可以使用基因编码的标签来追踪蛋白质的位置以及它在做什么。但是聚糖的结构还不能通过细胞的DNA来预测其编码，并且单个蛋白质可以用许多不同的碳水化合物链来装饰。此外，碳水化合物可以采取的形式种类繁多，而且它们在血液中会被迅速分解，这使得合成聚糖或靶向聚糖进行药物开发变得具有挑战性。因此，需要创造性的新方法来跟踪它们。而人工智能可以促进该领域的进化飞跃。人工智能使科学家能够以与人类基因组相同的方式读取“聚糖密码”。这将使研究人员能够根据聚糖结构数据预测其实际功能。进而阐明哪些变化会导致疾病或增加疾病易感性，并最终提出修复方案。

  参考来源：

  1. https://news.mit.edu/2023/explained-glycoscience-carbohydrates-1201

  2. https://news.mit.edu/2023/glycomit-symposium-celebrates-advancements-glycobiology-1107