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在自然界中糖類物質無處不在，幾乎參與了多細胞生物的全部生命過程，如受精、著床、分化、發育、免疫、感染、癌變、衰老等等。由于糖類化合物結構固有的復雜性，想要獲得結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展；而對于分子尺寸更大、結構更為復雜的多糖類化合物的合成，更是一項極具挑戰性的工作。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（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（包含自動進樣系統和合成輔助系統）、在線監測系統和可編程邏輯控制系統，通過可編程邏輯控制系統將自動合成系統和在線監測系統進行耦合，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受上位機控制，基于Labview語言程序設計研發了實用的特色上位機軟件控制系統（Ye Glycosoft），完成對合成儀的整機控制和調試，實現了合成儀的穩定運行。
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，成功實現了一釜十組分自動偶聯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構生物大分子復雜度的單體組成數目首次達到了四位數水平，在多糖合成領域具有重要的里程碑式意義。該合成儀為非專業人員提供了一個組裝目標聚糖的平臺，填補了國內外在液相糖合成儀研制方面的空白，將為糖科學及其在醫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》，文章內容不代表本網站觀點和立場，僅供參考。
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