可怜的聚糖-这些复杂的糖分子附着在人体80%的蛋白质上，使其成为生命必不可少的成分。但是，这种被称为糖基化的过程已经被诸如转录和翻译等更生动的生物分子过程所掩盖。

史密斯化学与生物分子工程学院的William L. Lewis工程学教授Matthew DeLisa说：“糖基化对于地球上的生命绝对至关重要。然而，我们对此知之甚少。” “尽管人们对理解基因组和蛋白质组学给予了极大的关注，但相对而言，糖原是一种生物的代表，糖原代表了生物体中糖的全部补体，无论是游离的还是存在于更复杂的分子(如糖蛋白)中的糖。推动该领域前进的工具。”

DeLisa的实验室通过指挥简单的单细胞微生物(即大肠杆菌)并制造它们来探索糖基化的复杂过程以及蛋白质连接的聚糖在健康和疾病中的功能性作用，从而创造了这些工具。

该小组的论文“在细菌中工程正交的人O联糖蛋白的生物合成”发表在7月27日的《自然化学生物学》上。主要作者是Aravind Natarajan博士。'19。

以前，DeLisa的团队使用类似的细胞糖工程方法来生产一种最常见的糖蛋白类型-那些具有与氨基酸天冬酰胺或N-连接的聚糖结构的糖蛋白。现在，研究人员将注意力转移到了另一种丰富的糖蛋白上，即O链连接，其中聚糖附着在蛋白质丝氨酸或苏氨酸氨基酸的氧原子上。

O-连接聚糖比其N-连接表亲在结构上更具多样性，并且它们在开发针对诸如乳腺癌等疾病的新治疗方法中具有重要意义。

“我们的细胞工程工作非常复杂，因为我们不仅需要为大肠杆菌配备全套酶，用于将聚糖结构制造和连接到蛋白质上，而且还必须仔细地重新布线天然代谢网络，以确保重要的可用性聚糖结构单元，例如唾液酸。” “在我们的糖蛋白中添加唾液酸是很重要的，因为这种糖残基通常对于将药物靶向特定细胞并延长其循环半衰期至关重要。”

当细胞变成癌性细胞时，它会表达某些生物标志物，包括异常糖基化的表面蛋白，这表明癌症的存在。DeLisa的研究小组为大肠杆菌配备了生产这种蛋白质的机器，其中包括一种与著名的癌症生物标记物粘蛋白1(MUC1)非常相似的蛋白质。

该论文的资深作者DeLisa说：“糖基化的MUC1版本是用于癌症治疗的优先级最高的靶抗原之一。开发针对该靶标的疗法非常具有挑战性。” “但是通过拥有一种像我们创造的那样能够复制MUC1结构的生物合成工具，我们希望它可以提供糖蛋白试剂，这些试剂可以用于发现抗体或直接用作免疫疗法，所有这些都可以帮助对抗某些类型的癌症。”

还已经在导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒的一种表面蛋白中发现了O-连接和N-连接的聚糖。DeLisa希望他的小组的细菌细胞糖工程化方法将为创建这种S蛋白的糖基化形式打开大门，这种形式可能导致针对的治疗性抗体或亚单位疫苗的开发。

由于他们早期的工作是复制N-连接的聚糖，因此研究人员能够使O-连接的系统快速启动并运行。现在，DeLisa的实验室已准备好制造带有两种糖基化类型的蛋白质，这很重要，因为许多糖蛋白(例如SARS-CoV-2中的S蛋白)都具有N和O联糖基结构。

研究人员还在探索增加其工程化大肠杆菌细胞可以产生的糖蛋白谱的方法，以及产生这些产物的效率。

DeLisa说：“ 在蛋白质糖基化方面，我们认为大肠杆菌是干净的底盘或空白板，因为这些细菌通常不会像我们已经安装的那样进行糖基化反应。” “这允许从下至上构建这些途径，从而使我们能够完全控制所形成的聚糖结构的类型以及与它们连接的靶蛋白的特定位点。这是很难实现的控制水平以及其他先前基于细胞的糖蛋白工程系统或技术。”