Молекулы, на которых держится жизнь на Земле, удивительно разнообразны и сложны. Среди них особую роль играют углеводы — они дают энергию и формируют структуру клеток, например, стенки бактерий. Один из таких углеводов — β-1,2-глюканы — состоит из цепочек глюкозы и встречается у бактерий. Эти молекулы участвуют в ключевых процессах: инфекциях, адаптации к среде. Но в отличие от целлюлозы или ламинарина, β-1,2-глюканы редкие и сложные по структуре, поэтому их трудно изучать.

Недавно в журнале Protein Science ученые из Токийского университета науки описали прорыв. Они нашли и изучили новые ферменты, расщепляющие β-1,2-глюканы. Команда под руководством доцента Масахиро Накадзимы исследовала группу неизученных гликозидных гидролаз (GH), родственных уже известным ферментам семейств GH144 и GH162. Сравнив последовательности, структуру и биохимические свойства, ученые обнаружили три новых семейства ферментов, способных разрушать β-1,2-глюканы.

Гликозидные гидролазы (GH) — это ферменты, которые разрезают связи между сахарами в углеводах. Представьте их как молекулярные ножницы: одни режут только определенные «ленточки» (например, β-1,2-глюканы), другие универсальны. Их используют бактерии, чтобы добывать энергию из сложных сахаров.

Эти ферменты, хотя и похожи по структуре (у всех есть (α/α)6-баррель), различаются механизмом реакции. Интересно, что у них сохранились всего три общих аминокислотных остатка — E239, Y367 и F286. Это намекает на необычный путь эволюции. Ученые объединили все пять семейств в новый клан — «SGL-клан».

Углеводы выполняют множество функций, но из-за сложности их трудно изучать, — объясняет Накадзима. — Если мы поймем, как работают эти ферменты, то сможем не только разрушать, но и синтезировать новые олигосахариды.

Открытие SGL-клана расширяет наши представления о метаболизме углеводов и может пригодиться в медицине, сельском хозяйстве и даже производстве биотоплива.

Это исследование — не просто академический интерес. Вот где может быть реальная выгода:

• Медицина: если научиться блокировать β-1,2-глюканы у патогенных бактерий, можно создать новые антибиотики.
• Биотехнологии: ферменты из SGL-клана могут стать «молекулярными ножницами» для производства редких сахаров, которые нужны в фармацевтике.
• Экология: бактерии, разлагающие β-1,2-глюканы, могут помочь в переработке биологических отходов.

Но самое интересное — потенциальное использование этих ферментов для обратной реакции: не разрушать, а собирать сложные углеводы. Это открыло бы дорогу к созданию искусственных полисахаридов с заданными свойствами.

Главный вопрос — насколько универсальны эти ферменты. В исследовании проверяли их активность в лаборатории, но в природе β-1,2-глюканы часто связаны с другими молекулами. Не факт, что новые GH-семейства справятся с такими комплексами. Кроме того, у бактерий могут быть альтернативные пути метаболизма, что снижает ценность «отключения» этих ферментов для борьбы с инфекциями.

Ранее ученые заявили, что диабет можно выявить по реакции на макароны.