提升蛋白质分析效率的自动装置

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为了更加了解生命，柏克莱实验室的研究人员利用了由该实验室所属柏克莱结构生物学中心之仪器研发小组与工程部门之生物仪器研发小组共同合作开发的自动装置，已将细小蛋白结晶体安放集中于X-射线束中，并分析其分子结构之传统上缓慢的过程自动化。

该兼具安放蛋白结晶体于光束线(beamline)中，及利用从而产生的数据来辨解蛋白质原子结构的自动装置，能促使每年于柏克莱实验室先进光源(ALS :世界最明亮的紫外线及X-射线光源)中，绘制蛋白质图谱的数量增加10倍。此类超强的处理量是迎合基因排序所产生之大量数据与药物开发研究所必需的。

同步加速器藉由加速电子达近乎光速，并于一圆形路径中藉由强力电磁使电子改变方向来运作。在此速度，电子会发出极明亮的X-射线光，其能沿着光束线被导向研究人员企图以原子水平进行研究的物体─在此场合是蛋白结晶体。X-射线衍射开的结晶体图案可被用来确定蛋白质的分子结构，依序能用来推论该蛋白质的作用。

用手将蛋白结晶体安放于光束线中并进行调整，约略需花上10到20分钟。以此步调，应付由人类基因所产生3万余种蛋白质将花上数年的时光。人类最不适于许多包括逐一蛋白质地研究基因如何起作用的反复性不间断作业，而机械装置却适合反复性动作。

Earnest及同僚们的蛋白质结晶学之数据获取阶段的产业化方法，以容有112个蛋白结晶体的容器为特色。氮气超低温地将结晶体冷却至约绝对温度100度，这是整个过程中为了将发散损失降至最低限度所必需维持的极低温度。

操作员使用计算机选取待研究的结晶体，而后超低温冷却的机械手臂伸入容器中，以约十秒的时间将结晶体安放于一细小的单纤环结上，而后将它置于光束线中央。该自动装置能获得一组详尽的X-射线数据。整个过程每一结晶体约仅花上两分钟，而结果是足以拼凑出该蛋白分子构成要素之三维空间透视图的数据。

Earnest希望尽速增添精灵软件以评估所收集到的数据，而后利用此反馈作用不断地将数据收集过程及如何选取结晶体精良化。另外结晶体的特征会预先被筛选，而后经由服务器输入自动装置中。此数据将使自动装置能更快速地将目标集中于诸如结晶体与X-射侦测器间最佳距离与收集数据之角度范围等结晶体的特定变量上。这能规避许多耗时的反复试验步骤，而更加地自动化此过程。

已使用中的另一省时装置是一种容有16个蛋白结晶体的圆筒形卡匣，七个此类卡匣被装于一个标准的装运容器中。而同样是16x7的数量能被安置于该自动装置之超低温冷却的容器中。这意味外部的使用者能事先准备112种蛋白质样本而后送达ALS，在此能快速地被转移到自动装置上以便进行分析。

Earnest提醒说，蛋白质结晶学之光束线阶段的自动化不是唯一的障碍，依然有诸如蛋白质产生与晶体化等其它瓶颈。虽然如此，该自动装置也被预期来协助加速药物的开发。

摘自 科学网