Quando você pensa em açúcar, você provavelmente pensa no doce, Branco, açúcar de mesa cristalino que você usa para fazer biscoitos ou adoçar seu café. Mas você sabia que dentro do nosso corpo, moléculas de açúcar simples podem ser conectadas para criar estruturas poderosas que recentemente foram encontradas ligadas a problemas de saúde, incluindo câncer, envelhecimento e doenças autoimunes.

Essas longas cadeias de açúcar que cobrem cada uma de nossas células são chamadas de glicanos, e de acordo com a National Academy of Sciences, a criação de um mapa de sua localização e estrutura nos conduzirá a uma nova era da medicina moderna. Isso ocorre porque o glicoma humano - toda a coleção de açúcares em nosso corpo - abriga glicanos ainda a serem descobertos com o potencial de ajudar os médicos a diagnosticar e tratar seus pacientes.

Graças à atenção mundial conquistada pela conclusão do Projeto Genoma Humano em 2003, a maioria das pessoas já ouviu falar sobre DNA, genômica e mesmo proteômica - o estudo das proteínas. Mas o estudo dos glicanos, também conhecido como glycomics, está cerca de 20 anos atrasado em relação a outros campos. Uma razão para esse atraso é que os cientistas não desenvolveram as ferramentas para identificar rapidamente as estruturas de glicano e seus locais de fixação nas células das pessoas. O "casaco de açúcar" tem sido um mistério.

Até agora, isso é.

Enquanto a maioria dos laboratórios se concentra na pesquisa celular ou molecular, nosso laboratório é dedicado ao desenvolvimento de tecnologia para caracterizar rapidamente as estruturas de glicano e seus locais de fixação. Nosso objetivo final é catalogar as centenas de milhares de açúcares e suas localizações em vários tipos de células, e, em seguida, usar essas informações para adequar as terapias médicas a cada indivíduo.

Por que nos preocupamos com os glicanos?

No futuro, é provável que a análise dos glicanos de um indivíduo seja usada para prever nosso risco de desenvolver doenças como a artrite reumatóide, câncer ou mesmo alergias alimentares. Isso ocorre porque as alterações de glicoma podem ser especificamente relacionadas a estados de doença específicos. Também, processos biológicos como o envelhecimento estão ligados à inflamação em nosso glicoma. Resta ser testado se a reversão dessas mudanças pode ajudar a prevenir doenças, ou mesmo envelhecimento lento - uma possibilidade intrigante.

Junto com DNA, proteínas, e gorduras, os glicanos são uma das quatro principais macromoléculas essenciais para a vida. Destes quatro, glycans são os árbitros finais de como nossas células se comportam.

DNA orquestra nossa aparência, nossa capacidade de pensar e se comportar, e ainda determina as doenças às quais somos mais suscetíveis. Dentro do nosso DNA existem segmentos curtos, genes, que geralmente contêm instruções sobre como sintetizar proteínas. As proteínas, por sua vez, são os "cavalos de batalha" da célula, realizando muitas das funções necessárias à vida.

Contudo, como uma proteína se comporta frequentemente depende de quais glicanos estão ligados a ela. Em outras palavras, essas moléculas de açúcar podem influenciar muito como nossas proteínas fazem seu trabalho, e até mesmo como nossas células responderão aos estímulos. Por exemplo, se você alterar alguns glicanos do lado de fora de uma célula, pode fazer com que essa célula migre para um local diferente em nosso corpo.

A principal tarefa dos glicanos é modificar as proteínas e gorduras que ficam na superfície de nossas células. Juntos, eles criam uma espessa camada de açúcar ao redor da célula. Se considerarmos a superfície da célula como solo, então, os glicanos seriam plantas e folhagens maravilhosamente diversificadas que brotam e trazem cor e identidade à célula. Na verdade, se você pudesse ver uma célula a olho nu, ficaria muito confuso. Imagine um pêssego com 10 vezes mais penugem.

Os glicanos rotulam nossas próprias células e as identificam como 'self'

A penugem em torno de uma célula é seu revestimento de glicano. Estar do lado de fora de nossas células, os glicanos são o primeiro ponto de contato para a maioria das interações celulares e, portanto, influenciam como nossas células se comunicam umas com as outras. Você também pode pensar nos glicanos como um "código de barras" celular exclusivo. Assim, a penugem de uma célula do rim será diferente da penugem de uma célula imunológica. Mas também existem semelhanças. Na verdade, as células imunológicas que examinam nosso corpo em busca de patógenos sabem que não devem atacar nossas próprias células "próprias" por causa de características comuns no "código de barras" do glicano, que são compartilhados por todas as células de nosso corpo.

Em contraste, bactérias e parasitas como a malária têm diferentes "camadas de açúcar" que não são vistas nas células humanas. Quando os açúcares bacterianos são marcados como "estranhos, "o sistema imunológico de uma pessoa visa a destruição da bactéria. No entanto, alguns patógenos bacterianos prejudiciais, como estreptococos do grupo B, que comumente causam infecções graves em bebês, pode evitar a detecção imunológica personificando células humanas carregando glicanos semelhantes como um disfarce - como o lobo vestido com pele de carneiro.

Infelizmente, alguns patógenos também são capazes de usar nossos glicanos para ajudá-los a causar doenças. Vírus mortais como o HIV e o Ebola evoluíram para se apoderar de glicanos específicos, nos quais eles "se prendem" ao infectar nossas células humanas. Terapias que bloqueiam a interação desses vírus com nossos glicanos, ou que o ataque de glicanos específicos a vírus pode ser um novo caminho para o tratamento dessas infecções.

Uma nova pesquisa também mostrou que os glicanos desempenham um papel importante no desenvolvimento de doenças autoimunes, como artrite reumatóide e pancreatite autoimune. Isso não é surpreendente, uma vez que os glicanos influenciam diretamente a função das células do sistema imunológico.

Normalmente, nossas células imunológicas agem como o "sistema de defesa do nosso corpo, "e identificar e destruir invasores estranhos como bactérias ou vírus nocivos. Mas quando o corpo rotula erroneamente nossas próprias células como inimigas e lança um ataque interno contra si mesmo, nasce a autoimunidade. Interessantemente, em tais casos, são os glicanos presentes nos anticorpos de auto-ataque que se comportam mal que ditarão a força do ataque ao corpo. Essa resposta imune anormal pode até mesmo ser dirigida contra os glicanos. Por exemplo, o sistema imunológico pode confundir os glicanos "próprios" como se fossem moléculas "estranhas". Nossa equipe de pesquisa publicou recentemente um artigo que introduziu a teoria da autoimunidade do glicano, o que explica algumas dessas relações.

Os glicanos em nossa comida podem desencadear respostas imunológicas

Existem muitos estudos que associam o consumo de carne vermelha a doenças como aterosclerose e diabetes, mas eles não foram capazes de mostrar por que ou como isso ocorre até recentemente. Um estudo intrigante sugere que o culpado foi um açúcar com o nome complicado, ácido siálico N-glicolilneuramínico não humano, ou Neu5Gc para breve. Neu5Gc é encontrado em todos os mamíferos, exceto humanos, porque os primeiros humanos que poderiam produzir Neu5Gc morreram de um antigo parasita da malária.

Contudo, embora agora não tenhamos a capacidade de produzir Neu5Gc, nosso corpo ainda tem a capacidade de incorporá-lo aos glicanos em nossas células se o obtivermos comendo carne vermelha. Uma vez que se torna parte do revestimento de glicano de nossas células, nossas células têm então uma substância "estranha" - Neu5Gc - em torno delas. Isso pode desencadear inflamação em todo o corpo porque nosso sistema imunológico reconhece Neu5Gc como "estranho" e o ataca. A inflamação crônica causada por esses ataques internos pode levar a um ataque cardíaco, derrame e até câncer.

Nossos corpos sintetizam dezenas de milhares de glicanos únicos, frequentemente com estruturas ramificadas formadas a partir de blocos de construção de açúcar simples. Proteínas ou gorduras também podem ser modificadas por dezenas de glicanos exclusivos. Essas incontáveis ​​combinações tornam o mapeamento de glicanos uma tarefa difícil porque precisamos de uma maneira prática e eficiente de analisar centenas de milhares de padrões de glicanos.

Nossa equipe de pesquisa agora desenvolveu métodos para monitorar de forma rápida e robusta o glicoma humano. Capitalizando os avanços da engenharia e melhorias no processamento de amostras, nossa técnica pode monitorar milhares de glicanos de uma vez, o que nos permite caracterizar os glicanos em células de controles saudáveis ​​e pacientes com uma variedade de doenças diferentes. Nosso objetivo é usar esses dados para desenvolver modelos preditivos para ajudar os médicos a diagnosticar e tratar todas as doenças humanas. Acreditamos que uma nova onda de avanços médicos chegará à medida que desbloquearmos o "código do açúcar".

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.