糖分子的結(jié)構(gòu)信息承載著大量生物學功能，在生命過程中具有重要作用。然而，糖結(jié)構(gòu)具有高度異質(zhì)且復雜的分支拓撲。因此，糖結(jié)構(gòu)解析被學界認為是糖科學領域最具挑戰(zhàn)性的難題之一。

近日，中國科學院上海藥物研究所研究團隊提出納米孔糖測序—碎片拼接測序策略，展示了分支聚糖拼接測序的概念驗證工作，為復雜聚糖的單分子、自動化結(jié)構(gòu)解析提供了研究范式。

糖測序碎片拼接策略遵循“分解—識別—重構(gòu)”的技術(shù)路線，將復雜聚糖測序問題轉(zhuǎn)化為碎片識別與結(jié)構(gòu)拼接問題，并結(jié)合納米孔單分子檢測的高精度優(yōu)勢與人工智能算法的高效解析能力，構(gòu)建出一套基于拼接測序策略的納米孔聚糖自動化測序流程。研究團隊面向復雜樣品中聚糖碎片的自動化、高通量識別，進一步構(gòu)建了一套機器學習驅(qū)動的電信號解析體系。該機器學習模型可在模擬水解體系中，穩(wěn)定識別出全部目標聚糖碎片，實現(xiàn)對復雜電信號數(shù)據(jù)的可靠分類，為納米孔聚糖測序中大規(guī)模單分子電信號數(shù)據(jù)的智能化解析提供了關鍵技術(shù)底座。

隨后，研究團隊將“結(jié)構(gòu)重建”這一步驟從經(jīng)驗推斷升級為可計算、可驗證的邏輯推演，構(gòu)建了基于集合論的計算拼接框架，用于從聚糖碎片的結(jié)構(gòu)信息中反向重構(gòu)完整聚糖序列。團隊進一步將該邏輯重組引擎嵌入自動化拼接測序流程，形成“信號識別—結(jié)構(gòu)推斷—序列重建”閉環(huán)式納米孔糖拼接測序體系，并以分支型N-聚糖為模型體系進行了概念驗證。測序結(jié)果經(jīng)主流質(zhì)譜與核磁共振分析驗證，證明了該測序流程的準確性與可重復性。在結(jié)構(gòu)相似的N-聚糖、不同類型的直鏈聚糖以及細胞裂解液等三類干擾背景下，該策略仍可從復雜碎片集合中準確重建其整體結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出該策略在復雜聚糖結(jié)構(gòu)解析中的廣泛應用潛力。

相關研究成果發(fā)表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院、上海市的支持。