Отец Катарины Пашингер, венский химик-реставратор, был преданным пчеловодом. Пашингер с любовью вспоминает, что он приносил маточное молочко, важную пищу для личинок пчел, в качестве подарка в гости к ее бабушке по материнской линии. «Он кормил им мою бабушку и говорил ей, что это залог долгой жизни и красоты», - сказал Пашингер. «И на самом деле она дожила до 98 лет».
Маточное молочко считается полезным для здоровья, хотя медицинских доказательств мало (и врачи предупреждают, что у некоторых людей могут быть серьезные аллергические реакции). Одна вещь, которую это вещество, безусловно, делает, - это способствует развитию каст у медоносных пчел, заставляя генетически идентичных личинок развиваться в совершенно разных взрослых особей. Все личинки пчел питаются маточным молочком, выделяемым рабочими пчелами в течение первых нескольких дней жизни, но те, которые выбраны в качестве маток, продолжают есть его до тех пор, пока не окуклятся и далее, тогда как те, которые станут рабочими, переключаются на мед и пыльцу. Биологи считают, что молекулярные сигналы в маточном молочке заставляют личинок пчел развиваться в маток, но детали этих сигналов, включая то, какая молекула является наиболее важной и как она распознается, пока не ясны.
Вопросы в этом направлении заставили химика Катарину Пашингер вновь обратиться к маточному молочку в этом году в исследовании, опубликованном в журнале Molecular & Cellular Proteomics. Пашингер и его коллеги из лаборатории Иэна Уилсона в Университете природных ресурсов и наук о жизни в Вене сосредоточили свое внимание на гликопротеинах, белках, к которым присоединена цепочка молекул сахара. Эти цепочки сахаров, называемые гликанами, могут сильно влиять на связывающую и сигнальную активность белков.
Предыдущие исследования гликопротеинов маточного молочка в основном выявили классы гликанов, известные как олигоманнозидные и простые гибриды. Поскольку они не содержат особых элементов распознавания, они не могут объяснить уникальное влияние маточного молочка на судьбу личинок. Но Пашингер, ее коллеги и некоторые другие ученые недавно начали находить более сложные гликановые структуры у нескольких видов насекомых, таких как комары и мотыльки. Их данные, по словам Пашингера, бросили вызов «действительно давнему убеждению, что насекомые синтезируют только олигоманнозидные гликаны. Вы видите эти утверждения повсюду. Читать такие упрощения - кошмар».
Разнообразие гликанов других насекомых было причиной подозревать, что гликопротеины маточного молочка также имеют скрытую глубину. По словам первого автора Альбы Хиколлари, маточное молочко, доступное оптом в магазинах здоровой пищи, было хорошим кандидатом для комбинированного гликомического и гликопротеомного анализа.«Если у вас есть образец и вы хотите начать с гликомиков, первый вопрос - сколько у вас их и насколько они чистые. Нам очень повезло: мы получили много маточного молочка, и оно было очень чистым».
Чтобы определить структуру гликанов в маточном молочке, Хиколлари использовал ферменты для выделения гликанов из белков и добавил химические метки. Она разделила меченые гликаны с помощью жидкостной хроматографии и проанализировала их с помощью масс-спектрометра, прибора, который разбивает молекулы на более мелкие части и разделяет их по размеру и заряду..
Пашингер проанализировал данные, чтобы сделать выводы о структуре гликанов. Во-первых, она сравнила модели фрагментации с молекулами-предшественниками, сделав выводы о структуре гликанов на основании того, как они распадаются. Затем она предложила специальные химические или ферментативные методы лечения для проверки этих гипотез.
Поскольку гликаны представляют собой модульные цепи, такие как Лего, разрывая по одному звену за раз, можно получить хорошее представление о том, как целое соединяется вместе. Например, фосфоэтаноламин, субъединица, обнаруженная командой в маточном молочке, блокирует переваривание некоторыми ферментами, но его можно удалить с помощью плавиковой кислоты. Если после обработки плавиковой кислотой появлялись гликановые фрагменты определенной массы, это свидетельствовало о присутствии фосфоэтаноламина.
«Я бы сказал, что N-гликом маточного молочка определенно недооценен», - сказал Хиколлари. Из примерно 100 гликановых структур, определенных командой, многие ранее не наблюдались у пчел. По словам Хиколлари, исключительное внимание их лаборатории к биохимии гликанов и их чрезвычайно чувствительный масс-спектрометр помогли исследовательской группе определить идентичность дефицитных гликанов. «Мы работали (над гликанами) много лет, поэтому я бы сказал, что наш рабочий процесс оптимизирован».
Знание этих структур может помочь будущим ученым понять активность гликозилированных белков в маточном молочке - либо то, как они определяют личинок пчел как будущих маток, либо то, как они вызывают аллергическую тревогу в иммунной системе человека. Например, сказал Пашингер, исследователь может синтезировать гликан из маточного молочка, чтобы увидеть, как он взаимодействует с сигнальными белками в личинке. Их собственные планы на будущее заключаются в том, чтобы заняться гликомом другого вида. «Нашей движущей силой является понимание гликоэволюции», - сказал Пашингер. «Но очень часто нами движет элемент вызова».
Исследовательская группа посвятила свою рукопись отцу Пашингера, химику-пчеловоду. «Я уверен, что он был бы очень рад увидеть что-то научное из его увлечения пчеловодством», - сказал Пашингер.