聚糖-甜味的区别

我们很容易忘记，我们的个性背后有比遗传学更多的东西。Vlatka Zoldos教授的一篇客座博客关注了聚糖蛋白修饰的表观遗传学，以及这是如何在进化上具有优势的。

随着年龄的增长，我们中的许多人开始害怕自己有多像父母。基因似乎是无情的。我们在怀孕的时候得到了他们，他们在我们的余生里都和我们在一起。我们能不能做点什么来改变我们不想听的说法：“如果你想知道一个女孩长大后会是什么样子，那就看看她的母亲吧？”？也许不是从外表上看，但是今天我们意识到我们不仅仅是由基因决定的。

排除不需要的突变，基因可以正确地维持和调节对环境的反应，以保持生理稳态。表观遗传学作为基因和环境之间的一种媒介已经建立了一段时间。我们自然而然地会问这样一个问题：我们能否利用基因的表观遗传调控来改善我们的外貌、健康，并可能以一种对我们个人、甚至对我们的后代都有益的方式“改变”我们的遗传遗产？

看来我们可以。化妆品巨头欧莱雅（L'Oreal）目前在广告中称，聚糖是“你从未听说过的神奇成分，可以让你看起来年轻很多年”。硬核科学也承认聚糖在癌症和其他复杂疾病的研究中是有价值的。美国国家科学院最近批准的一份综合报告指出，“聚糖直接参与每一种主要疾病的病理生理学”，“需要从糖科学获得更多的知识，以实现个性化医学的目标，并利用对人类基因组的大量投资。”以及蛋白质组研究及其对人类健康的影响。”

即使是高中生也知道，蛋白质在活细胞中发挥着大部分功能，蛋白质中氨基酸的序列是由相应基因中核苷酸的序列决定的。但我们中的许多人都未能或忘记，大多数在多细胞生命出现后进化的蛋白质，都是通过添加聚糖分子来修饰的。在复杂的糖蛋白分子中，聚糖部分负责其结构和功能的重要部分。

然而，聚糖的结构不是由单个基因决定的，而是由许多基因组成的复杂的动态网络决定的。这些基因中的单核苷酸多态性可能影响由多个单糖组成的聚糖的最终结构。此外，负责聚糖生物合成的网络包括许多受各种环境因素影响的小代谢物。因此，聚糖的定义不仅仅是一个遗传脚本，而是由各种环境因素决定的，这些环境因素既可能存在于环境中，也可能在我们早期的环境中起作用（在宫内发育过程中），并在表观遗传记忆中留下印记。

为什么聚糖如此重要？例如，它们为真核生物提供了与细菌和病毒病原体竞争的策略。细菌和病毒在几个小时内产生大量略有不同的后代。这些微小的差异是由于它们的遗传物质发生突变而产生的，代表着适应的潜力。因此，原核生物在其永无休止的生存斗争中似乎胜过了真核生物宿主。

由于真核生物的生命周期更长、更复杂，它们无法承受如此昂贵的策略。相反，它们进化出复杂的机制，以保护少数高度有价值的个体，这在人类等高密度群体中更为明显。哺乳动物的免疫系统通常不足以对新的病原体立即发起反击。病原体表面的分子代表了它被免疫系统识别的“面孔”。病原体表面的任何变化都会使我们抵抗原有免疫。

另一方面，成功的感染需要对宿主生物表面分子上的某些特征有特定的认识，高等生物用来限制病原体传播的机制之一是在其细胞表面呈现不同的结构。这主要是通过改变细胞表面的糖复合物来实现的，ABO血型系统就是一个很好的例子。

糖类基因（即参与合成聚糖的基因）的表观遗传修饰提供了一种新的复杂结构特征，这种结构特征可以逃避特定病毒或细菌的识别，从而使生物体抵抗这些病原体的感染。通过调节基因表达从而进行表面表达的适应，主要通过糖基化模式的表观遗传控制变化，而不是等待一个突变发生的世代，可以为高等真核生物提供与微生物竞争的强大方式，使他们在不断的生存斗争中处于优势。

一个例子是人类和肠道细菌之间的共生关系。当肠道细菌帮助我们消化食物和抵御致病细菌时，它们利用我们的聚糖作为肠道定植的受体。糖的变化和这种变化的表观遗传调控在现代社会最普遍的疾病之一——炎症性肠病中发挥了作用。

生物教条之一是，自我复制的核酸（进化史上的第一次革命）通过将核苷酸序列转换成氨基酸序列，在细胞水平上创造生命的主要效应器——蛋白质（进化史上的第二次革命），为早期生命的发展提供了基础。将不同的细胞整合到一个复杂的多细胞生物体中，需要通过其固有的创造新结构的能力，而不需要改变遗传信息，而通过表观遗传修饰来改变它，需要额外的复杂性层和糖链的发明（进化的第三次革命）。因此，为多细胞生物体提供一种机制，通过使用它们的更高的复杂度来快速适应各种环境挑战来补偿它们较长的世代时间。

聚糖赋予高等真核生物的最大进化优势是能够创造新的结构，而不将变化引入珍贵的遗传遗产。多糖占蛋白质总质量的50%，甚至更多地占许多蛋白质的分子量。因此，糖蛋白的很大一部分不是直接固定在基因组中，而是一个快速和广泛的表位适应的平台。