Nature Methods：蛋白质测序新发现将改变医学研究

　　

虽然DNA提供了生物形态和功能的遗传食谱，但身体蛋白质的工作是执行DNA遗传密码所要求的复杂命令。

斯图尔特·林赛(Stuart Lindsay)是亚利桑那州立大学生物设计研究所(Biodesign Institute at ASU)的一名研究员，他一直走在改进DNA快速测序的前沿，最近他将自己的才能用于探索更棘手的蛋白质分子测序问题，一次一个分子。

在一篇新的综述文章中，介绍了Lindsay和其他国际同事的努力，他们正在单细胞甚至单分子水平上应用各种创新策略进行蛋白质测序。

“人类基因组计划的一个惊喜是，人类可以由仅仅25000个基因组成。真正的复杂性在于，从这有限的一组基因中，几乎有无限种蛋白质组合的方式，以及单个氨基酸(蛋白质的组成部分)可以被化学修饰的方式。出于这些原因，我们需要工具在单分子水平上分析蛋白质。”

林赛是生物设计单分子生物物理中心的主任，这项研究发表在最新一期的《自然方法》杂志上。

虽然细胞表面上可能是相同的，但它们实际上是独特的实体，具有可能显著不同的个别特性，对健康和疾病具有重要意义。由于蛋白质在细胞内完成了大部分工作，研究器官、组织和细胞培养中的细胞间变异可以提供关键的见解，特别是对癌症的研究，在癌症研究中，单个细胞突变可以被放大，从而推动疾病的进展。

蛋白质研究领域(称为蛋白质组学)传统上是由质谱技术主导的，质谱技术价格昂贵，而且通常只对复杂混合物中含有的批量蛋白质进行测序。在单个细胞中寻找单个蛋白质将需要测序技术的转变，类似于DNA测序革命。根据Alfaro的说法，“问题是，不像DNA，没有办法扩增蛋白质，这对当前仪器的灵敏度提出了一个巨大的挑战。”

林赛的方法涉及一种被称为识别隧道的技术，它依赖于一种被称为扫描隧道显微镜(STM)的技术。在早期的研究中，Lindsay使用STM来识别DNA碱基，这些碱基通过一个被称为纳米孔的小孔连续输入，就像通过针眼输入线一样。

当DNA核苷酸通过纳米孔时，它们被暂时囚禁在一对电极之间。通过每个碱基的电流，被称为隧穿电流，会产生显示信号的电尖峰，就像腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤这4个碱基的指纹。

最近的进展使同样的基本思想可以应用于蛋白质的鉴定，通过对构成所有蛋白质的20个氨基酸进行顺序鉴定。虽然蛋白质的识别隧道遵循与DNA碱基排序相同的基本策略，但蛋白质排序的任务要精细得多，需要氨基酸结合到专门的适配器分子，以便隧穿电流通过，以及机器学习算法来帮助挑选出被测序的精确氨基酸。

Lindsay说:“这篇综述是全球范围内使单分子蛋白质测序成为现实的努力的一部分，世界各地的许多实验室都在贡献各种新技术，我们的电子方法就是其中之一。”

Chirlmin说:“我们希望这些突破性的技术能够渗透到市场中，特别是在制药行业、学术研究和临床诊断领域。”“使用这些技术，我们将能够揭示蛋白质组的多样性，研究蛋白质如何通信和相互作用，并为分子水平上的生命实际工作提供新的见解。”

蛋白质测序技术的不断进步可能为临床诊断和治疗的常规应用打开大门，实现长期以来的个性化医学目标。

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