跨学科方法为霍乱感染的分子机制提供了新的见解

由霍乱弧菌引起的霍乱感染可能危及生命，而霍乱毒素正是霍乱弧菌产生的诱因。霍乱毒素与肠道细胞表面结合，更准确地说，是与细胞表面的某些“糖脂”(GM1 神经节苷脂，GM1)结合。这种结合是蛋白质(毒素)与 GM1 糖部分之间已知的最强相互作用之一。它使霍乱毒素能够穿透肠道细胞，导致体液迅速流失。

采用跨学科方法，来自明斯特大学、苏黎世联邦理工学院和汉诺威莱布尼茨大学的团队首次使用氟化 GM1 类似物分析了 GM1 霍乱毒素复合物的关键成分。关于强相互作用的分子机制的发现有助于更好地了解这种疾病，并可能有助于开发新药。

作为植物中最丰富的生物分子类别之一，碳水化合物在生物学和医学的所有领域都是必不可少的。从确定血型到调节免疫系统和为细胞提供能量——这些糖分子的复杂性为下一代药物的开发提供了巨大的潜力。然而，它们与目标蛋白的相互作用通常太弱，无法用于治疗目的。

一个例外是前面提到的 GM1 神经节苷脂与霍乱毒素之间的强烈相互作用，这种相互作用已被深入研究了几十年。为了能够在分子水平上更精确地表征这种相互作用，研究小组通过复杂的化学合成生产出氟化 GM1 类似物 (F-GM1)。氟是一种识别这种所谓的糖模拟物分子相互作用的工具。

氟作为羟基(OH)的替代品具有多种优势：提高了分子对酶促降解的稳定性，在化学糖基化过程中控制原子的空间排列(立体选择性)，并且可以通过核磁共振光谱( NMR 光谱) 研究霍乱毒素与 F-GM1 在溶液中的相互作用，即在与体内类似的状态下。类似物的亲和力(即形成键的意愿)接近天然 GM1 的亲和力和结合强度。

研究人员还利用蛋白质晶体学更详细地研究了 F-GM1 原子在结合口袋内的相互作用和空间排列，以解释与天然糖相比，霍乱毒素的亲和力略低的原因。在此过程中，他们展示了氟引起的分子复合物内的额外相互作用以及结合口袋中某些功能基团排列的变化。

该研究强调了氟化神经节苷脂在生物医学研究中的潜力，例如研究涉及糖链(聚糖)的分子信号级联，识别可能的新活性物质或用于疫苗开发。