細胞表層上の糖質は、様々なウイルスや病原菌の感染に深く関与している。例えば、インフルエンザウイルス（IFV）やコロナウイルス（MERS/SARS-CoV）は、宿主細胞上のシアロ糖鎖と相互作用することで感染し、出芽の際、IFVは、シアロ糖鎖を加水分解することで感染拡大することが知られている。さらに近年、インフルエンザやCOVID-19等の新興感染症が世界中で猛威を奮っており、標的病原体を高感度かつ簡便に検出する新規デバイスの開発が求められている。そこで本研究では、病原体感染に関与する生物活性糖質を固定化したホウ素ドープダイヤモンド (BDD) 電極を用いて、これらを電気化学的に、高感度・簡便に検出可能にする新規病原体センサーの開発を目的とし研究を行った。
本研究の初年度である2019年度において、我々は、BDD電極上にO-アリールシアロシドを固定化した新規IFV検出センサーの開発に成功したが、既往のセンサーと比較して低感度であることが分かった。そこで本年度は、上記センサーの高感度化およびIFV以外の病原体を標的とした応用研究を目的として行った。まず、IFVと反応するO-アリールシアロシド部位を複数束ねたデンドリマー型糖化合物の合成を検討し、中間体の合成まで達成した。次に、SARS-CoV-2検出センサーの開発を目的とし、硫酸化オリゴ糖のデザイン・合成、及びSARS-CoV-2のSタンパク質に対する結合活性を指標とした構造活性相関研究を行った。その結果、ある種の硫酸化オリゴ糖がSARS-CoV-2 Sタンパク質に対して結合活性を有することを初めて見出した。現在、この硫酸化糖鎖をBDD電極上に固定化した新規SARS-CoV-2検出センサーの開発に取り組んでいる。この他、病原性大腸菌O1に含まれる特異な糖鎖構造の合成に取り組み、その化学合成に初めて成功した。
Carbohydrates on cell surfaces play crucial roles in viral and pathogenic infections. For instance, while influenza virus (IFV) infection cycle starts with the interaction with sialoside receptors on the host cell surface, when progeny IFV releases from the host cell, influenza virus-neuraminidase (IFV-NA) on the virions cleaves off sialic acid from glycans on the host cell. Recently, emerging infectious diseases including influenza and COVID-19 have been raging all over the world. Therefore, development of the specific and sensitive devices that can detect the target viruses and pathogens is highly desirable. In this context, we conducted the research with aim to develop a new pathogen sensor based on the boron-doped diamond (BDD) electrode terminated biologically active glycosides.
In the first year of this research, 2019, we successfully developed a O-aryl sialoside terminated BDD electrode as a potential for novel IFV sensor. However, the sensitivity was found to be lower than the conventional one. Based on these findings, in this year, the study with aim to 1) improve the sensitivity of the above IFV sensor and to 2) develop other pathogen sensors were investigated. Initially, we examined the synthesis of dendrimeric compounds with multiple O-aryl sialoside moieties that react with IFV, and achieved the synthesis of intermediates. Next, to develop SARS-CoV-2 sensor, we design and synthesis of sulfated oligosaccharides, and conducted structure–activity relationship study based on the affinity to SARS-CoV-2 S protein. As the results, it was found, for the first time, that a certain sulfated oligosaccharide has binding affinity against SARS-CoV-2 S protein. We are currently developing a novel SARS-CoV-2 senor based on the BDD electrode terminated the sulfated oligosaccharide. In addition, we have succeeded in the first chemical synthesis of a unique glycan structure derived from pathogenic E. coli O1.