Biological recognition of mirror-image glycans
Deze studie toont aan dat bestaande biologische systemen, waaronder menselijke immuunreceptoren en antilichamen, spiegelbeeldige glycanen kunnen herkennen en ermee kunnen interageren, wat de aanname uitdaagt dat chirale inversie moleculaire herkenning tussen natuurlijke en hypothetische organismen zou verhinderen.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Het leven op aarde is opgebouwd uit moleculen die een specifieke handigheid hebben, vergelijkbaar met een rechterhand die niet in een linkerhandschoen past. Deze eigenschap, bekend als chiraliteit, betekent dat de suikers, eiwitten en andere bouwstenen van ons lichaam allemaal spiegelbeelden zijn van wat ze zouden zijn in een hypothetische wereld van "spiegelleven". Wetenschappers vragen zich al lang af wat er zou gebeuren als dergelijke spiegelorganismen zouden bestaan. Een veelvoorkomende angst is dat ons immuunsysteem, dat fungeert als een defensiemacht tegen indringers, er volledig blind voor zou zijn. Omdat onze verdediging getraind is om de specifieke vormen van natuurlijke suikers en eiwitten te herkennen, zou een spiegelbeeldige indringer ongemerkt langs ons heen kunnen glippen, wat potentieel een catastrofale dreiging vormt voor al het bestaande leven.
Om dit idee te testen, zetten onderzoekers zich in om te zien of de sensoren van het immuunsysteem deze spiegelsuikers daadwerkelijk konden detecteren. Ze richtten zich op glycanen, complexe suikerstructuren die het oppervlak van elke cel in ons lichaam bedekken. Deze suikers fungeren als identificatiebadges, die het immuunsysteem vertellen of een cel bij het lichaam hoort of een vreemde indringer is. De centrale vraag was simpel: als een suikermolecuul naar zijn spiegelbeeld zou worden omgeklapt, zouden de eiwitten die normaal gesproken deze badges lezen, het dan nog steeds kunnen zien?
Een team van wetenschappers uit universiteiten in heel Noord-Amerika en Europa ontwierp een slim experiment om deze vraag te beantwoorden. Ze creëerden een bibliotheek van minuscule virussen, die elk bedekt waren met duizenden suikermoleculen. Sommige van deze virussen droegen natuurlijke suikers, terwijl andere hun spiegelbeeldversies droegen. Vervolgens exposeerden ze deze virussen aan een breed scala aan menselijke immuuncomponenten, waaronder gezuiverde eiwitten, bloedcellen en zelfs levende muizen. Het doel was om te zien of het immuunsysteem de spiegelsuikers zou negeren of dat het ze op een bepaalde manier zou herkennen.
De resultaten waren verrassend. Het immuunsysteem was niet zo blind voor spiegelleven als eerder werd gedacht. Wanneer de onderzoekers een specifieke immuunreceptor testten genaamd DC-SIGN, die normaal gesproken het lichaam helpt bacteriën te detecteren, ontdekten ze dat deze ook aan spiegelbeeldige suikers kon binden. Specifiek greep deze receptor de spiegelversies van glucose en galactose vast, zelfs hoewel hij is ontworpen om hun natuurlijke tegenhangers te herkennen. Deze binding was geen fout of een toevallig ongeluk; het was specifiek en hing af van de exacte vorm en dichtheid van de suikers op het virusoppervlak. Sterker nog, de onderzoekers ontdekten dat de receptor in staat was om tussen verschillende spiegelvormen te onderscheiden, net zoals hij dat met natuurlijke vormen doet, wat wijst op een opmerkelijke flexibiliteit in hoe hij suikercodes leest.
Dit vermogen om spiegelsuikers te herkennen was niet beperkt tot slechts één eiwit. Toen het team menselijke bloedcellen testte, ontdekten ze dat bepaalde typen witte bloedcellen, met name T-cellen, ook aan de spiegelsuikers bonden. Bovendien vertoonden natuurlijke antilichamen in het menselijk bloed, die fungeren als een eerste verdedigingslinie, een breed scala aan reacties op deze spiegelstructuren. Sommige mensen hadden antilichamen die spiegelmannose herkenden, terwijl anderen dat niet hadden, wat suggereert dat het menselijke immuunrepertoire divers genoeg is om deze vreemde vormen potentieel op te merken.
De studie keek ook naar wat er gebeurt in een levend dier. Wanneer de onderzoekers de suikerbedekte virussen in muizen injecteerden, veranderden de spiegelsuikers de bestemming van de virussen in het lichaam. Terwijl natuurlijke suikers de virussen de neiging hadden om naar de lever te sturen, stuurden de spiegelversies van bepaalde suikers de virussen naar de milt of hielden ze ze in het bloed. Dit bewees dat de vorm van het suikermolecuul een krachtig signaal is dat bepaalt hoe het lichaam met vreemde deeltjes omgaat, zelfs wanneer die deeltjes gemaakt zijn van spiegelbeeldmateriaal.
De herkenning was echter niet universeel. Het immuunsysteem herkende niet elke spiegelsuiker gelijkelijk. Zo werden spiegelglucose en -galactose bijvoorbeeld door diverse immuuncomponenten opgemerkt, terwijl spiegelmannose grotendeels werd genegeerd door de geteste gezuiverde eiwitten. Dit suggereert dat het immuunsysteem een complexe relatie heeft met het spiegelleven; het is niet volledig blind, maar het is ook niet volledig op de hoogte van alles. Sommige spiegelvormen zijn zichtbaar, terwijl andere verborgen blijven.
Deze bevindingen dagen het idee uit dat spiegelorganismen onzichtbaar zouden zijn voor onze verdediging. In plaats daarvan suggereren ze dat ons immuunsysteem over een zekere mate van plasticiteit beschikt, waardoor het kan interageren met structuren die het tegenovergestelde zijn van wat het heeft geëvolueerd om te zien. Hoewel dit niet betekent dat we volledig voorbereid zijn om een invasie uit de spiegelwereld te bestrijden, laat het wel zien dat de barrière tussen natuurlijk leven en spiegelleven niet zo absoluut is als voorheen werd aangenomen. Het immuunsysteem kan zien, en soms zelfs grijpen naar het spiegelbeeld, wat een nieuw hoofdstuk opent in ons begrip van hoe biologische herkenning werkt over de grens van moleculaire handigheid heen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.