糖科学对科学和社会的普遍影响将在未来增加。
高通量分析
近年来，细胞、组织或有机体聚糖的糖组学分析取得了巨大进步。
基质辅助激光解吸/电离质谱 (MALDI-MS) 已允许快速分析样品中的大多数 N-和 O-聚糖。随着基质辅助激光解吸/电离飞行时间 (MALDI-TOF) 仪器也获得执行串联质谱的能力，分析聚糖结构的置信度将继续提高。然而，单个聚糖的详细结构分析仍然是一种低通量方法，需要相当多的专业知识和昂贵的仪器。
呈递数百种不同明确结构聚糖的聚糖阵列的开发可能是糖生物学中最近最具影响力的发展之一。这些阵列允许对许多重要的生物学聚糖结合蛋白（包括凝集素、抗体、病毒和细菌）的结合特异性进行快速、高通量分析。据估计，这些阵列将需要包含** 10,000 到 20,000 种不同的聚糖才能覆盖大多数可能的聚糖表位**（这个高度保守的估计没有考虑到聚糖的各种常见和不稳定修饰）。此外，将需要更专业的阵列来研究原核生物制造的聚糖结合蛋白或研究结合糖胺聚糖的蛋白质等。幸运的是，制造如此庞大和多样化聚糖阵列的能力即将实现，剩下的挑战将是更好地理解聚糖阵列的参数，除了聚糖本身之外，这些参数会影响结合，例如连接物、间距和固体支持物上聚糖的密度。接下来需要研究聚糖混合物，以模拟更接近自然状态的“簇状糖类斑块”。
通过更好地将糖组学与基因组学、转录组学和蛋白质组学相结合，系统糖生物学也取得了显著进展。我们对 miRNA 和转录因子如何调节聚糖表达的理解在过去几年中也得到了改善。
探索糖生物学需要更简便的方法
目前，研究聚糖结构/功能关系需要合成和分析化学方面的高度专业知识。研究聚糖的固有难度仍然是阻碍糖生物学（聚糖功能的研究）进入生物学主流概念框架的主要挑战。
为了应对这一挑战，最近重点强调了开发简便技术，使没有专业分析化学技能的非糖生物学家能够以有意义的方式研究聚糖。事实上，使用糖基转移酶和糖苷酶探针来操纵聚糖并不比使用限制酶和核酸内切酶来分析 DNA 更困难。使用特异性针对聚糖的抗体和凝集素也例证了缺乏昂贵分析设备或广泛糖生物学专业知识的生物学家可以容易应用的的方法。
事实上，随着公司认识到糖生物学的未来市场潜力，几种用于研究聚糖的试剂盒已经出现。此外，公司正在提供高纯度的酶、抗体和化学品，使得研究聚糖变得更加容易。
相比之下，可用于实验目的的聚糖很少，并且作用于聚糖的大多数酶没有商业化。
同样重要的是，大多数研究人员没有接受过培训来知道应该问哪些关于附着在他们最喜欢的糖缀合物上的聚糖的作用的问题。
除了研究聚糖的新方法和简便方法外，对下一代细胞生物学家和生物化学家进行关于聚糖重要性的教育将是推动糖科学迈向新水平的关键。
未来的一些主要基本问题
“glycoRNA”在哺乳动物细胞表面上的发生有多常见，它们的功能是什么？ 最近，使用化学和生物化学方法，有报道称小的非编码 RNA 带有 N-聚糖型唾液酸化聚糖。
聚糖在质膜、糖萼和细胞外基质的组分组织中有什么作用？ 聚糖影响细胞表面驻留分子的稳定性和周转，并且许多聚糖可以在膜平面内自缔合。它们是否在细胞表面分子的组织和区域集中中发挥作用？细胞表面上的各种糖缀合物如何相互协作以及与聚糖结合蛋白协作来组织给定细胞的糖萼或其细胞外基质？毕竟，多细胞有机体中的大多数活细胞存在于富含聚糖的凝胶中，而不是组织培养皿的人工流体介质中。
聚糖如何调节从细胞表面到细胞核的细胞信号传导？ 复杂聚糖清楚地调节细胞表面受体的功能、稳定性和驻留时间，并且将 O-GlcNAc 添加到核和细胞质蛋白上调节着这些受体下游的许多信号通路。然而，关于聚糖在这些途径中的机制作用仍然知之甚少。
糖蛋白上位点特异性聚糖多样性是否具有生物学意义？ 糖蛋白通常在多肽的单个位点上包含一系列具有不同结构的许多聚糖。有证据表明，这些聚糖阵列是位点特异性和细胞类型特异性的，并且分布不是随机的。位点特异性多样性如何产生，又如何被控制？每种糖型是否具有不同的生物学功能或可变的强度，和/或位点特异性多样性是否控制分子相互作用？或者这种复杂性是宿主与其病原体之间进化军备竞赛的自然结果，病原体以各种方式利用聚糖？
糖蛋白的特定糖型能否用于改进疾病的生物标志物？ 许多研究人员正试图发现生物标志物以帮助诊断疾病，例如癌症。有人提出，鉴定糖蛋白的特定糖型可能会提高这些生物标志物的特异性和敏感性。
如何考虑生物系统中聚糖的显著流动性？ 与大多数其他生物分子不同，聚糖在水溶液中具有相当程度的流动性。这进一步增加了这些分子的潜在信息内容，但也给它们的分析和生物学探索带来了进一步的挑战。
细胞表面聚糖和基质聚糖如何促进癌症进展和转移？ 聚糖分析、动物模型和临床相关性的数据强烈表明，细胞表面聚糖对肿瘤进展和转移至关重要。然而，从机制上讲，关于聚糖在这些过程中发挥的作用相对知之甚少。
糖科学如何对抗病毒、抗菌和抗真菌诊断和治疗？ 聚糖对传染病至关重要，并且是几种疫苗产生中的关键抗原。随着传统抗生素效果降低，如何利用聚糖来对抗传染病？
能否改进聚糖分析方法以避免不稳定修饰的丢失？ 大多数当前的聚糖分析方法会导致不稳定修饰的显著丢失，特别是各种酯基。鉴于它们的位置和潜在的生物学重要性，可能存在一个巨大的、未开发的糖生物学领域，只能用新技术来探索。
壬糖酸的真正多样性范围是什么，这种多样性的功能是什么？ 高度多样化的唾液酸只是壬糖酸祖先家族的众所周知的冰山一角的发现引发了许多新问题。研究人员似乎才刚刚开始触及这种巨大多样性及其潜在生物学意义的表面。
如何在分子水平上解码糖胺聚糖和蛋白聚糖的信息内容？ 糖胺聚糖和蛋白聚糖的潜在信息内容是巨大的。然而，研究人员才刚刚开始能够理解硫酸酯和糖醛酸的排列如何影响亲和力和蛋白质结合选择性。阐明这种多样性如何随时间和空间进行调控也是未来面临的一个重大挑战。
O-GlcNAc 基化调节转录和信号传导以响应营养物质的分子机制是什么？ 当前数据表明 O-GlcNAc 作为营养传感器来调节信号传导和转录。然而，从机制上讲，关于这种糖在蛋白质上和脱离蛋白质的循环如何在分子水平上调节这些过程，几乎一无所知。大脑中超过 40% 的蛋白质是 O-GlcNAc 基化的。O-GlcNAc 循环在突触、大脑发育以及学习和记忆中的作用是什么？
自然界是否只利用了所有可能的单糖的一小部分？ 已知有数百种单糖，许多单糖可以以不同的环和/或修饰形式存在。到目前为止，自然系统似乎只纳入了这种多样性的一小部分。这是因为基因组和酶促进化在纳入新单糖的机会方面存在速率限制，还是因为仅对地球上的一小部分物种进行了采样而产生的确认偏差？自然界中是否可能使用了所有可能的单糖？
人类糖组或任何动物或植物糖组中所有聚糖的完整结构是什么？ 每天都有新的聚糖结构被鉴定，带有以前未知的和新颖的糖连接，以及独特的和出乎意料的修饰，例如乙酰化、甲基化、磷酸二酯和硫酸化。一个糖组中存在多少这样的聚糖结构，它们附着在哪些糖蛋白或脂质上，以及它们附着在哪里？我们对人类糖组的大部分知识来自研究血清糖蛋白和几种细胞系，但关于人类糖组在聚糖水平或糖蛋白水平上的总体复杂性的信息很少。
微生物组中聚糖、聚糖结合蛋白和聚糖降解酶的真正多样性范围是什么？ 很明显，研究人员才刚刚开始触及占据自然界各种生态位的复杂多样的微生物组中的生物体多样性的表面。每次对给定微生物组中的一个新物种进行测序时，都会发现基因组预测了数百种“碳水化合物活性”酶。理解所有这些分子的机制和功能是未来面临的一个重大挑战，破译它们生成、结合或降解的复杂聚糖的结构也是如此。
更复杂的生物系统是否具有更简单的糖基化？ 在自然界中数百种已知的单糖中，脊椎动物中发现的不到十几种，而更多的单糖往往存在于更简单、更早进化的系统中。这是确认偏差，还是生物复杂性的增加限制了可用于控制糖基化的基因组比例？
进化过程中特定聚糖的谱系特异性获得和丢失有何意义？ 当前数据表明，聚糖是生命形式中分化最快的组分，具有明显的获得和丢失，这些获得和丢失有时在各种谱系和分支中变得（或保持）多态性。这似乎可能是聚糖密切参与生物系统进化最快方面（即宿主-病原体相互作用、免疫和繁殖）的结果。需要进一步研究以确定聚糖是否确实参与了物种形成过程。
