Anyatej oligoszacharidok analitikai jellemzése  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
109373
típus PD
Vezető kutató Béni Szabolcs
magyar cím Anyatej oligoszacharidok analitikai jellemzése
Angol cím Analytical characterization of human milk oligosaccharides
magyar kulcsszavak cukor, izolálás, elválasztástechnika, HPLC-MS, NMR, CE-MS
angol kulcsszavak sugars, isolation, separation, HPLC-MS, NMR, CE-MS
megadott besorolás
Analitikai kémia (Élettelen Természettudományok Kollégiuma)75 %
Ortelius tudományág: Műszeres analitika
Szerkezetvizsgáló módszerek (Élettelen Természettudományok Kollégiuma)20 %
Szerves-, biomolekuláris- és gyógyszerkémia (Élettelen Természettudományok Kollégiuma)5 %
Ortelius tudományág: Gyógyszerkémia
zsűri Kémia 1
Kutatóhely Gyógyszerészi Kémiai Intézet (Semmelweis Egyetem)
projekt kezdete 2013-09-01
projekt vége 2017-08-31
aktuális összeg (MFt) 11.998
FTE (kutatóév egyenérték) 3.15
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A tervezett kutatás korszerű analitikai módszerek segítségével vizsgálja az igen változatos szerkezetű anyatej oligoszacharidok szerkezetét és koncentrációjuk változását a laktáció során, különös tekintettel az izomer szerkezetekre. A munkában nagy hangsúlyt kap az anyatej oligoszacharidok vizsgálatában eddig háttérbe szorult NMR spektroszkópia, melynek nagy előnye, hogy nem destruktív és a lehető legtöbb szerkezeti információt szolgáltatja, mely az izomer szerkezetek vizsgálatában döntő fontosságú. Jelen pályázatban az izomer szerkezetek izolálását és szerkezetvizsgálatát követően NMR ujjlenyomatot készítünk a rokon szerkezetekről, majd a változatos izomer vegyületek mennyiségét kívánjuk meghatározni a laktáció során. Az izolált izomerek kromatográfiás viselkedését, (mely elengedhetetlen a mennyiségi meghatározásukhoz) vizsgálni kívánjuk (kapcsolt)folyadékkromatográfiás, illetve az anionos származékok esetén (kapcsolt)elektroforetikus módszerekkel. Célunk továbbá, hogy szulfatált származékok izolálását is megvalósítsuk, mely szerkezetek biológiai hatásáról nem rendelkezünk ismeretekkel, szerkezetükben viszont rokonságot mutatnak a számos biológiai hatással rendelkező glükózaminoglikán heparán-szulfáttal.
Végezetül jellemezni kívánjuk az anyatejcukrokat felépítő diszacharidok és monoszializált pentaszacharid izomerek jelenlétét az előtejben a bioszintetikus folyamatok pontosabb megértéséhez. Daganatos betegek anyatejének oligoszacharid összetételének és annak időbeli változása egyaránt célunk, mely a betegségben zajló enzimatikus működésekről szolgáltat indirekt információt.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A munka kiinduló hipotézise az, hogy a több száz, rendkívül változatos szerkezetű anyatej oligoszacharid előállítása a kismama részről evolúciós hátrányt jelentene abban az esetben, ha nem rendelkeznének kedvező hatással ezek a nagy energiával előállított rokon szerkezetű molekulák. Ezért joggal feltételezhető, hogy akár csak egy lánc-elágazásbeli különbség vagy egy monomer építőegység eltérő pozíciója is fontos jelentőségű a betöltött funkciót illetően.
A kutatás alapkérdése a következő: Mi a szerepe a rendkívül változatos szerkezetű anyatej oligoszacharidoknak az anyatejben és hogyan változik ezek összetétele a laktáció során? Hogyan szintetizálódnak és változik-e ez a laktáció során? A kutatás segítségével NMR-alapú módszereket is felhasználva választ kaphatunk arra, hogy miként változik egyes oligoszacharid izomerek abszolút és relatív koncentrációja az anyatejben. A munka során célként szerepel új szerkezetek megismerése, illetve a daganatos betegek anyatejének jellemzése, melyek eddig nem ismert folyamatok molekuláris szintű megismeréséhez járulhatnak hozzá.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

A változatos szerkezetű anyatej oligoszacharidok kutatása során feltárt ismeretek birtokában lehetőség nyílhat olyan unikális szerkezet(ek) kiemelésére az oligoszacharidok sokaságából, melyek a laktáció során végig szignifikáns hányadban vannak jelen, ezáltal valószínűsíthető a (biológiai)hatásban betöltött megkerülhetetlen szerepük. Ezen szerkezetek potenciális gyógyszer-szerű vegyületek, illetve kedvező hatásuk révén csecsemőtápszer kiegészítők lehetnek. Szemben a napjainkban alkalmazott tápszerekkel, az anyatej oligoszacharidot is tartalmazó tápszerek sokkal kedvezőbb hatással rendelkezhetnek, így az azzal táplált csecsemők hasonlóan az anyatejen felnövő társaikhoz egészségesebbek, ellenállóbak és szellemileg is fejlettebbek lesznek, ezáltal társadalmi hasznosságuk megkérdőjelezhetetlen.
Emellett esetleges új szerkezetű anyatej oligoszacharidok megismerése (előtej-specifikus oligoszacharidok) eddig nem tárgyalt biológiai szerepekre deríthet fényt. Az anyatejcukor-építőegységek és szializált izomerek célzott vizsgálata indirekt biokémiai információt, míg a daganatos betegek anyatejének jellemzése szintén új ismereteket szolgáltathat a betegségben végbemenő pathobiokémiai folyamatok molekuláris szintű megismeréséhez.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média illetve az adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A jelen kutatás fókuszában az anyatej harmadik legfontosabb összetevői, az oligoszacharidok állnak. Ezek a kettőnél több cukoregységet tartalmazó molekulák rendkívül változatos szerkezetűek, az utódra nézve tápláló funkcióval nem rendelkeznek, viszont számos biológiai hatásukat fedezték fel az utóbbi 10 évben. Az oligoszacharidok egyik legismertebb funkciója, hogy megvédik az újszülöttet a bakteriális és virális fertőzésekkel szemben és fontos szerepük van az egészséges bélflóra kialakításában, illetve az idegrendszer fejlődésében.
Jelen kutatás célja a rendkívül változatos szerkezetű cukrok (az azonos atomi összetételű, de eltérő szerkezetű molekulák) szerkezetének minél pontosabb megismerése. Alapfeltevés ugyanis, hogy felesleges vegyületek előállítása a kismamát értelmetlenül terhelné, így az igen változatos szerkezetű, de azonos összetételű szerkezeteknek rendelkezniük kell biológiai hatással. A kutatás során a szoptatás alatt bekövetkező összetételbeli változásokat, illetve eddig még nem, vagy csak részben jellemzett szerkezeteket vizsgálunk korszerű molekulaszerkezet-vizsgáló módszerekkel. Végezetül daganatos betegségben szenvedők tejében is jellemezzük ezen vegyületeket, hogy minél részletesebb képet kapjunk a daganatos elváltozás mögött álló molekuláris szintű folyamatokról.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

The proposed research applies state-of-the-art analytical techniques to characterize the structure of human milk oligosaccharide isomers and to determine the concentration of the linkage, branching and positional isomers. The role of the non-destructive NMR method will be emphasized, as this method provides the vast amount of structural information crucial in structure elucidation of isomers. Following the isolation and structure determination, NMR fingerprinting will be conducted on related structures. The quantitation of isomers is also proposed, therefore their chromatographic and electrophoretic behavior will be studied as well. The proposal describes the isolation of sulfated human milk oligosaccharides, structures of which are available in minute amount, but biological function is still unclear. The research on the building blocks of HMOs and monosialylated pentasaccharide isomers along with the study of the milk of lactating mothers with cancer will also advance our knowledge on the enzymatic backgrounds of HMO synthesis.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

The working hypothesis is the following: Milk and lactation evolved under the constant Darwinian selective pressure to be nourishing, protective and supportive of the health of mammalian infants. Maternal investment has been also shaped by this natural selection, human milk still contains hundreds of different oligosaccharides with subtle compositional changes. If the lactating mother invests energy and resources in making high amounts of these complex glycans, there must be a good reason for it.
Consequently, minor changes in the structure should correlate with (slightly) different biological effect. The research question is therefore the following: What is the role of various human milk oligosaccharides and how does their concentration change over the course of lactation?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

Among more than several hundreds human milk oligosaccharides, each compound may have its own specific role. These structures could serve as prebiotics/receptor analogues for different pathogenic microorganisms.
The industrial scale production of infant formula containing protective milk oligosaccharides or the possible utilization of artificial human milk oligosaccharide could prevent formula-feed infants from infections and support their normal grow and thrive.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

The research will focus on the third most abundant component of breast milk, the oligosaccharides. Human milk oligosaccharides are complex carbohydrates that are highly abundant in human milk, but not in infant formula. In the last decade, several biological functions of these sugars were published. These structures are known to maintain a healthy gut microbiota and prevent of pathogenic diseases among infants. The goal of this research is to better understand the structure of these diverse compounds by using independent but complementary analytical techniques. The characterization of novel oligosaccharide structures, building blocks of HMOs and the milk of cancer patients will advance our understanding on unknown biochemical processes in the human body.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A kutatás során kromatográfiás és NMR-alapú analitikai módszereket dolgoztunk ki anyatejcukrok minőségi és mennyiségi jellemzésére. Elsőként mutattunk ki és határoztunk meg anyatejből a LacNAc és LNB diszacharid izomereket LC-MS segítségével. Elsőként dolgoztunk ki gázkromatográfia-kapcsolt tömegspektrometriás módszert anyatejben lévő triszacharid izomer fukozillaktózok meghatározására. Szialil-laktóz izomerek anyatejből történő mennyiségi meghatározására validált módszert fejlesztettünk. 15N NMR-alapú adatbázist alkottunk, melynek segítségével szerkezeti információt nyerhetünk anyatejcukrok keverékéről előzetes elválasztás nélkül. Szintetikus útvonalakat dolgoztunk ki glükóz és laktóz szelektív 1-O-acetilezésére, melynek segítségével acetil-vándorlást tanulmányoztunk.
kutatási eredmények (angolul)
Chromatographic and NMR-based analytical methods were developed for the qualitative and quantitative characterization of saccharides in breast milk. The isomeric disaccharides LacNAc and LNB were identified and quantitated for the first time using LC-MS. The isomeric trisaccharides (fucosyllactoses) found in human milk were determined by gas chromatography coupled to mass spectrometry for the first time. A validated LC-MS method was developed for the determination of isomeric sialyl-lactose isomers in human milk. A database was constructed containing 15N NMR chemical shifts aiding the structural characterization of human milk oligosaccharide structures without any prior separation. Synthetic schemes were successfully designed for the selective 1-O-acetylation of glucose and lactose for acetyl-group migration studies.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=109373
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
András Darcsi, Ákos Rácz, Szabolcs Béni: Identification and characterization of a new dapoxetine impurity by NMR: Transformation of N-oxide by Cope elimination, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2017
Nóra Gampe, András Darcsi, Szilvia Lohner, Szabolcs Béni, László Kursinszki: Characterization and identification of isoflavonoid glycosides in the root of Spiny restharrow (Ononis spinosa L.) by HPLC-QTOF-MS, HPLC–MS/MS and NMR, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2016
András Darcsi, Zoltán Szakács, Ferenc Zsila, Gergő Tóth, Ákos Rácz, Szabolcs Béni: NMR, CD and UV spectroscopic studies reveal uncommon binding modes of dapoxetine to native cyclodextrins, RSC Advances, 2016
Ida Fejős, Erzsébet Varga, Gábor Benkovics, András Darcsi, Milo Malanga, Éva Fenyvesi, Tamás Sohajda, Lajos Szente, Szabolcs Béni: Comparative evaluation of the chiral recognition potential of single-isomer sulfated beta-cyclodextrin synthesis intermediates in non-aqueous capillary electrophoresis, Journal of Chromatography A, 2016
Gábor Benkovics, Ida Fejős, András Darcsi, Erzsébet Varga, Milo Malanga, Éva Fenyvesi, Tamás Sohajda, Lajos Szente, Szabolcs Béni, Julianna Szemán: Single-isomer carboxymethyl-γ-cyclodextrin as chiral resolving agent for capillary electrophoresis, Journal of Chromatography A, 2016
Ágnes M Móricz, Péter G Ott, Tim T Häbe, András Darcsi, Andrea Böszörményi, Ágnes Alberti, Dániel Krüzselyi, Péter Csontos, Szabolcs Béni, Gertrud E Morlock: Effect-Directed Discovery of Bioactive Compounds Followed by Highly Targeted Characterization, Isolation and Identification, Exemplarily Shown for Solidago virgaurea, Analytical Chemistry, 2016
Milo Malanga, Andras Darcsi, Mihaly Balint, Gabor Benkovics, Tamas Sohajda, Szabolcs Beni: New synthetic strategies for xanthene-dye-appended cyclodextrins, Beilstein Journal of Organic Chemistry, 2016
Adrienn Kazsoki, Ida Fejős, Tamás Sohajda, Wei Zhou, Wenhui Hu, Lajos Szente, Szabolcs Béni: Development and validation of a cyclodextrin-modified capillary electrophoresis method for the enantiomeric separation of vildagliptin enantiomers., Electrophoresis, 2016
Réka Balogh, Péter Jankovics, Szabolcs Béni: Qualitative and quantitative analysis of N-acetyllactosamine and lacto-N-biose, the two major building blocks of human milk oligosaccharides in human milk samples by high, Journal of Chromatography A, 2015
Grabarics Márkó, Csernák Orsolya, Balogh Réka, Béni Szabolcs: Analytical characterization of human milk oligosaccharides – potential applications in pharmaceutical analysis, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis Volume 146, 30 November 2017, Pages 168-178, 2017
Balogh Réka, Szarka Szabolcs, Béni Szabolcs: Determination and quantification of 2'-O-fucosyllactose and 3-O-fucosyllactose in human milk by GC-MS as O-trimethylsilyl-oxime derivatives, JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS 115: pp. 450-456., 2015
Nemes Aniko, Csóka Tamás, Béni Szabolcs, Farkas Viktor, Rabai Jozsef, Szabó Dénes: Chiral recognition studies of alpha-(nonafluoro-tert-butoxy)carboxylic acids by NMR spectroscopy, JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY 80:(12) pp. 6267-6274, 2015
Joanna Znaleziona, Ida Fejős, Juraj Ševčík, Michal Douša, Szabolcs Béni, Vítězslav Maier: Enantiomeric separation of tapentadol by capillary electrophoresis-Study of chiral selectivity manipulation by various types of cyclodextrins, JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS 105: pp. 10-16., 2015
Krisztina Végh, Ágnes Alberti, Eszter Riethmüller, Anita Tóth, Szabolcs Béni, Ágnes Kéry: Supercritical fluid extraction and convergence chromatographic determination of parthenolide in Tanacetum parthenium L.: Experimental design, modeling and optimization, JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS 95: pp. 84-91., 2014
Zoltán-István Szabó, Gergő Tóth, Gergely Völgyi, Balázs Komjáti, Gabriel Hancu, Lajos Szente, Tamás Sohajda, Szabolcs Béni, Daniela-Lucia Muntean, Béla Noszál: Chiral separation of asenapine enantiomers by capillary electrophoresis and characterization of cyclodextrin complexes by NMR spectroscopy, mass spectrometry and molecula, JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS (in press), 2015
Darcsi András, Tóth Gergő, Kökösi József, Béni Szabolcs: Structure elucidation of a process-related impurity of dapoxetine, JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS 96: pp. 272-277., 2014
Fejos I, He Y, Volgyi G, Kazsoki A, Sun J, Chen W, Sohajda T, Szente L, Jiang X, Beni S: Tapentadol enantiomers: Synthesis, physico-chemical characterization and cyclodextrin interactions., JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS 88: pp. 594-601., 2014
Ida Fejős, Gábor Neumajer, Szabolcs Béni, Péter Jankovics: Qualitative and quantitative analysis of PDE-5 inhibitors in counterfeit medicines and dietary supplements by HPLC–UV using sildenafil as a sole reference, JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS 98: pp. 327-333., 2014
Németh Gábor, Greff Zoltán, Sipos Anna, Varga Zoltán, Székely Rita, Sebestyén Mónika, Jászay Zsuzsa, Béni Szabolcs, Nemes Zoltán, Pirat Jean-Luc, Volle Jean-Noël, Virieux David, Gyuris Ágnes, Kelemenics Katalin, Áy Éva, Minarovits Janos, Szathmary Susan, Kéri György, Őrfi László: Synthesis and Evaluation of Phosphorus Containing, Specific CDK9/CycT1 Inhibitors, JOURNAL OF MEDICINAL CHEMISTRY 57:(10) pp. 3939-3965., 2014
Gábor Neumajer, Gergő Tóth, Szabolcs Béni, Béla Noszál: Novel ion-binding C3 symmetric tripodal triazoles: synthesis and characterization, CENTRAL EUROPEAN JOURNAL OF CHEMISTRY 12:(1) pp. 115-125., 2014
Tanila Ben Haddou, Szabolcs Béni, Sándor Hosztafi, Davide Malfacini, Girolamo Calo, Helmut Schmidhammer, Mariana Spetea: Pharmacological Investigations of N-Substituent Variation in Morphine and Oxymorphone: Opioid Receptor Binding, Signaling and Antinociceptive Activity, PLOS ONE 9:(6) Paper e99231. 9 p., 2014
Ida Fejős, Adrienn Kazsoki, Tamás Sohajda, Ede Márványos, Balázs Volk, Lajos Szente, Szabolcs Béni: Interactions of non-charged tadalafil stereoisomers with cyclodextrins: Capillary electrophoresis and nuclear magnetic resonance studies, Journal of Chromatography A 1363: pp. 348–355., 2014





 

Projekt eseményei

 
2014-09-15 14:25:53
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Farmakognózia Intézet (Semmelweis Egyetem), Új kutatóhely: Gyógyszerészi Kémiai Intézet (Semmelweis Egyetem).
2014-07-21 14:17:10
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Gyógyszerészi Kémiai Intézet (Semmelweis Egyetem), Új kutatóhely: Farmakognózia Intézet (Semmelweis Egyetem).




vissza »