Investigadores del Instituto de Ciencias de Tokio han presentado un método rápido y sin purificación para capturar las intrincadas estructuras tridimensionales de moléculas de azúcar flexibles. Este enfoque innovador permite el análisis detallado de las disposiciones e interacciones moleculares entre azúcares y proteínas, lo que promueve la investigación en el descubrimiento de fármacos y la biología molecular.
Los azúcares o sacáridos no son sólo edulcorantes; Cumplen un papel crucial en los organismos vivos, afectando las superficies celulares y funcionando como importantes mensajeros en procesos como la reparación de tejidos y el control de infecciones. A pesar de su importancia, la complejidad y flexibilidad de estas moléculas dificulta su estudio mediante métodos tradicionales.
Para abordar estos desafíos, un equipo de investigación dirigido por el profesor Takafumi Ueno ha desarrollado un método rápido de análisis estructural. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Small Structures. Utilizando un sistema de cristalización de proteínas sin células (CFPC), el equipo creó cristales de galectina-10 (Gal-10), una proteína que se une al azúcar. Sorprendentemente, este proceso no requirió cultivo celular; la proteína cristalizó en un tubo de ensayo, creando estructuras que podían capturar moléculas de azúcar en solo 24 horas.
El profesor Ueno explicó la importancia de esta innovación: «Hemos desarrollado cristales de Gal-10 en forma de andamio que mantienen moléculas de azúcar dentro de su red, lo que nos permite visualizar las conformaciones precisas de los azúcares a nivel atómico utilizando técnicas de rayos X».
Una vez que se formaron los cristales Gal-10, el equipo los sumergió en varias soluciones de azúcar natural para capturar las estructuras tridimensionales detalladas de cinco azúcares diferentes. En particular, obtuvieron la primera imagen de resolución atómica de la melecitosa, un azúcar complejo que antes se consideraba demasiado flexible para un estudio detallado, así como datos sobre la rafinosa, un azúcar prebiótico beneficioso para la salud intestinal.
Los investigadores también estudiaron el impacto de las mutaciones de las proteínas en la unión del azúcar. Al cambiar un solo aminoácido en la proteína Gal-10, descubrieron que los azúcares encajan mejor en el cristal, arrojando luz sobre cómo pequeños cambios pueden afectar la dinámica de unión. «El hecho de que podamos visualizar estos azúcares tan rápidamente nos brinda una forma completamente nueva de investigar su comportamiento», señaló Ueno, destacando la nueva capacidad de observar directamente cómo las moléculas de azúcar interactúan con las proteínas, lo cual es crucial para comprender diversos procesos biológicos.
Para investigar más a fondo el comportamiento molecular de los azúcares, el equipo combinó cristalografía de rayos X con simulaciones de dinámica molecular, lo que les permitió rastrear el movimiento de los azúcares a lo largo del tiempo. El análisis reveló que la estructura cristalina estabiliza el movimiento del azúcar para obtener imágenes detalladas, lo que ilustra cómo pequeños cambios en las conformaciones moleculares pueden afectar la fuerza de unión y potencialmente influir en el diseño de fármacos y biomoléculas.
La plataforma CFPC-Gal-10 representa un avance significativo y promete un análisis más rápido y preciso de carbohidratos complejos. Ueno concluyó: «Nuestro sistema permite a los investigadores examinar cientos de azúcares y moléculas pequeñas en poco tiempo, acelerando los descubrimientos en glicobiología, desarrollo de fármacos y biomateriales».
