自動液相乘法合成復雜聚糖到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)構固有的復雜性，想要獲得結(jié)構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，耗時費力，這嚴重制約著糖科學的發(fā)展；而對于分子尺寸更大、結(jié)構更為復雜的多糖類化合物的合成，更是一項極具挑戰(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，北京大學天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室研究團隊在《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，報道了關于糖類化合物自動合成領域的突破性進展。研究團隊基于“預活化”一釜多組分糖基化反應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雜結(jié)構的寡糖和多糖，其中合成多糖的分子尺寸達到了驚人的1080糖（1080-mer），將結(jié)構均一的多糖分子的合成提升到了一個新的高度，遠超核酸（到200-mer）和蛋白質(zhì)（到472-mer）的合成水平。

研究團隊在前期建立了基于糖基供體“預活化”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。合成儀的硬件包括自動合成系統(tǒng)（包含自動進樣系統(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)進行耦合，成功設計了新型雙模式液相糖自動合成儀的整機框架，實現(xiàn)了第一代原型機的順利組裝。軟件方面，可編程邏輯控制系統(tǒng)受上位機控制，基于Labview語言程序設計研發(fā)了實用的特色上位機軟件控制系統(tǒng)（Ye Glycosoft），完成對合成儀的整機控制和調(diào)試，實現(xiàn)了合成儀的穩(wěn)定運行。

為了驗證所研制的合成儀的功能，他們利用該合成儀進行了如下工作：（1）在普通活化模式或者光介導活化模式下，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基的抗凝血糖藥物磺達肝葵鈉五糖；（3）以單糖為原料，成功實現(xiàn)了一釜十組分自動偶聯(lián)反應得到聚阿拉伯十糖；在此基礎上利用自動乘法合成策略，自動合成了結(jié)構均一的由1080個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)構生物大分子復雜度的單體組成數(shù)目首次達到了四位數(shù)水平，在多糖合成領域具有重要的里程碑式意義。該合成儀為非專業(yè)人員提供了一個組裝目標聚糖的平臺，填補了國內(nèi)外在液相糖合成儀研制方面的空白，將為糖科學及其在醫(yī)藥和材料領域的應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)站觀點和立場，僅供參考。

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