《转化糖科学：未来的风向标》：
概述
根据美国国立卫生研究院（NIH），美国食品和药物管理局（FDA），美国能源署（DOE）及美国国家科学基金会（NSF）的要求，美国科学院研究理事会组建了编委会对糖科学的重要性及影响力进行了评估，分析糖科学当前的研究现状，并指出在推动此领域不断向前发展的过程中所遇到的各种挑战，该编委会旨在“阐释糖科学与糖组学的相辅相成”，并“制定大力推进（该领域）发展的路线图和具体的研究目标”（见任务阐述，专栏1-5），编委会在评估过程中得到了统一的结果，结论及建议，归纳如下。
为什么是糖科学?
糖类，核酸，蛋白质及脂类是组成生物体的四类基本生物大分子，糖类是由一个个糖单元以多种方式连接组成的生物大分子，明确糖链的结构和功能是了解生物学的关键，光合作用是地球上最常见的反应之一，利用来自阳光的能量，最终将二氧化碳和水转化为淀粉，糖原或者纤维素等糖聚合物，为体内代谢途径提供能量，或作为木材等的结构支撑，或成为其他动物的能量来源。
聚糖（专栏S-1）无处不在，它们是所有生物细胞膜都被覆的糖类或由糖聚合物组成的细胞壁的有机组成成分，它们扮演着不同的角色，包括细胞信号转导，分子识别，免疫和炎症等关键功能，它们是细胞表面分子，定义ABO血型，决定个体接受他人血液的能力，聚糖协助许多蛋白质连接到特定位点，通过分子识别调节其生物活性，或影响血液循环时间，通过细胞培养获得的商业化糖蛋白药物——人工合成蛋白质促红细胞生成素，可影响红细胞的产生，在运动员反兴奋剂测试中，聚糖可作为此种兴奋剂检测的靶点，聚糖还是植物细胞壁的主要成分，维持植物直立生长，抵抗环境和微生物的降解。
在过去的几十年中，生命科学领域的进展使人们对生物体内许多基本机制有了更为深入的理解，人类基因组计划的完成，更是加深了人们对分子生物学中心法则的认识，基因（DNA序列）转录为RNA后进而翻译生成蛋白质，对这一基本法则的理解及生物学研究工具的进展，为基因组学和蛋白质组学研究提供了强有力的支撑，蛋白质翻译后修饰芯片的广泛应用也为人们逐渐认识这一法则提供了支持，蛋白质糖基化，是最常见的翻译后修饰形式，在许多生物学行为中发挥着重要的作用，通常作为调节蛋白质活性有无的“开关”。
由于人们对糖分子的关注相对较少，糖科学领域至今仍然未得到充分开发，生命科学，化学及应用科学等许多领域的继续深入，会给糖科学的发展带来怎样的影响尚未知晓，本书概述了当前糖科学的相关知识和研究现状，并阐述了为什么糖科学处于多种研究的中心地位，在基因组学，蛋白质组学，化学合成，材料科学与工程等领域取得进步的基础上，对聚糖功能和结构的深入理解将补充和促进其他领域的研究，对聚糖的理解及其应用将有助于找到问题的解决方案，以应对不同的挑战，例如，癌症和其他疾病的早期检测，可以通过识别疾病的生物标志物（糖链）进行；通过了解和认识聚糖在宿主-病原体相互作用和免疫反应中的作用，防治感冒等传染性疾病；从原始的碳水化合物原料中制造产品，提取燃料。
探索糖科学过程中发现的许多生物学和化学的基本原理，对不同研究领域都会产生影响，医疗，能源和材料科学领域的研究人员发现可以利用彼此的学科原理，帮助提升本领域的整体水平，例如，科学家探索聚糖的生化途径和细胞内聚合碳水化合物的作用，可以更好地阐释肿瘤生物学和植物生物学中的类似现象，生物能量与新原料的转换，不仅可以为致力于开发基于可再生资源塑料研究的材料科学家提供应用价值，还可以为研究合成新药物靶点的合成化学家提供思路，本书通过勾勒研究路线图为糖科学领域提供了一个整体的视角，这无疑颇具挑战性，但最终或许能够对推进该领域的全面发展有所帮助，并有助于人们意识到我们将从该重要领域有所收益，该路线图将成为科学家和工程师们用来研究和解决糖科学问题的有力工具，为了绘制研究路线图，需要没有开展糖科学研究的学者主动参与进来，而进行糖科学研究的科学家们则需要“走出去”，将这些有意愿加入糖科学研究的学者吸引到领域中来。
为什么是现在?
随着基因组学和蛋白质组学的迅速发展，糖科学与糖组学研究已经取得了很大的进步，科学家们可以更好地了解聚糖在生物系统中发挥的作用，研究人员已经阐明了糖科学领域的基础知识，可用来解决许多目前主要存在的问题，利用这些基础知识，结合当前探测聚糖结构和功能的一系列资源，我们可以更好地了解人类，植物和微生物的生物学特性。
直到今天，也只有少数专家从事对糖科学的探索，而他们可利用的信息和资源亦非常有限，远远不及基因组学和蛋白质组学，针对生物体内所有聚糖总和的研究，也就是对糖科学和糖组学的研究很不完善，然而，运用现有知识及一系列日臻完善的研究工具，完全可以将糖科学广泛整合到医疗，能源及材料科学等领域，为其进一步的发展和发现奠定基础。
多学科交互的核心领域
糖科学是一个高度跨学科的研究领域，它的研究目的是为了更好地理解糖链的结构与功能，以及如何更好地使用糖链，世界各国的研究人员共同致力于这个全球性的课题，从事糖类研究的科学家来自不同的领域，他们具有各自的教育和培训背景，如研究细胞运动，组织发育过程中糖链功能的生理学和发育生物学家；研究慢性疾病和感染性疾病发生和进展中糖链功能的药物学家；研究微生物与宿主细胞相互作用及自身作用中发挥关键作用的糖链功能的微生物学家；完善和改进糖链合成和分析方法的化学家；研究糖链合成与代谢的生物化学家；聚合材料中对具有多种性质的糖链进行研究的材料科学家；为更好地理解糖链，对大量实验数据进行建模研究和有效性分析的计算机及信息学方面的科学家。
在改善健康，开发替代能源和创造新材料方面的贡献
本书主要介绍糖科学在健康，能源和材料三个领域中的巨大贡献，鉴于聚糖在上述领域中所扮演的角色不同，以及从事相关研究的科研人员的研究方向不同，编委会将这三个领域作为阐述的重点，选择这几个领域，是为了更好地说明研发聚糖可以对社会产生怎样的具体影响，特别是作为一种创新生物功能型经济发展的一部分，经济合作与发展组织（简称经合组织，OECD）和白宫最近已将聚糖研发和经济发展联系起来，虽然碳水化合物作为食物来源和营养补充的作用也是未来需要探索的重要领域，但本书并未对此进行阐述，它们不在编委会专家的研究范畴之内。
人类健康方面，聚糖参与了绝大多数体内正常生理，发育，细胞信号转导及慢性疾病和感染性疾病发展等过程，例如，细胞表面的聚糖在分子识别过程中发挥重要作用，这一功能使体内白细胞移动到炎症发生部位，激活免疫系统的过程得以完美体现，细胞中大部分的信息内容含有糖组学信息，聚糖中包含的重要生物信息是DNA中遗传信息的补充，使得基因型和表型，基因组与遗传性状之间的联系得以完美呈现，许多人类健康与疾病研究的进展都是基于对核酸，蛋白质和糖链等现有知识的了解，以及对其在不同环境下，不同个体间差异的认识，然而，还有很多未知数，进一步研究聚糖的生物学功能及其影响，改变其生物学功能的影响因素，将有助于更好地理解生物学基本原理，推动治疗药物的开发。
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