一种用于蛋白质组学分析的蛋白质样品制备的简化方法

特拉华大学的一名研究人员开发了一种高效、经济的方法，用于制备蛋白质组学所需的蛋白质样本，帮助药物发现、疾病诊断和精准医疗。这种方法甚至可以从小样本或复杂样本中获得高质量、可重复的结果，使研究人员和医疗保健专业人员更容易获得蛋白质组学并具有成本效益。

　　

蛋白质是我们细胞中执行大部分生物功能的主力。虽然我们从父母那里继承的基因，即所谓的基因组，是固定的，并且在我们的一生中通常保持不变，但随着年龄的增长，在不同的健康状况和刺激(例如药物治疗)下，我们体内的蛋白质会不断变化。

这使得监测蛋白质及其分子变化——蛋白质组学的研究——有利于药物发现、疾病诊断和健康管理。它也可能在某一天打开精准医疗的大门。

特拉华大学化学与生物化学系蛋白质组学主任余彦宝(Yanbao Yu)开发了一种用于蛋白质组学分析的蛋白质样品制备的简化方法，该方法快速、易于使用、价格低廉，并且与该过程的其他部分普遍兼容。Yu和他的合作者在6月11日发表在《细胞报告方法》杂志上的一篇论文中报告了这种正在申请专利的方法的有效性。

简单介绍一下蛋白质组学

了解细胞中蛋白质的数量或组成可以帮助研究人员了解在特定时间甚至一段时间内我们体内发生的事情。例如，某些蛋白质的存在或缺失可以作为一个人的生物学指标。

“简单地说，如果一种蛋白质只在人们生病时出现，那么这种蛋白质就可以用作疾病的指标或生物标志物，”Yu说。

像Yu这样的蛋白质组学科学家使用一种称为质谱仪的高灵敏度仪器来确定特定蛋白质的身份。处理血液、组织或其他生物材料的样本，使其兼容并可通过质谱法读取，这是该过程的关键部分。

这就是Yu的工作发挥作用的地方。

方法简单，效果好

Yu的方法以一种高效、有效和经济的方式简化了样品的制备，他称之为E3。他通过UD的经济创新与伙伴关系办公室(OEIP)保护了这种正在申请专利的方法。CDS分析有限责任公司是蛋白质组学样品制备耗材和仪器的领先供应商，拥有正在申请专利的UD技术的完全商业权利的独家许可。

与市场上的其他产品相比，该方法与CDS Analytical公司的Empore膜相结合，提供了一个简单易用、成本更低的平台来制备样品进行测试。该平台技术可用于多种样品采集设备，如过滤器、移液器、墨盒或板。

他说:“这确实是一种易于使用的技术。”“你不需要博士学位才能有足够的信心做蛋白质组学。我们已经使这种方法非常强大和可靠，所以每个实验室科学家都可以做高质量的蛋白质制备。”

用于制备这类生物样品的产品通常都很昂贵。其中一个目标是使其比目前市场上可用的更便宜，使蛋白质组学实验的价格更接近基因组学实验的成本，从而对精准医疗和卫生保健成本产生重大影响。

“加工是我们技术的重点，如果我们现在可以降低必要的化学试剂和耗材的成本，那么如果这些测试可以用质谱法完成，那么未来所有患者都可以受益。”

Yu和他的同事们最初对各种格式和样品类型进行了基准测试，并验证了平台技术在各种样品上的性能，从复杂的样品到含有少量细胞的样品。研究小组最初使用大肠杆菌(一种具有众所周知的蛋白质组的细菌)研究了该平台的性能。进一步的研究证实了该技术在制备所有不同类型的生物材料样本用于分析方面的实用性，从湿地细菌到真菌、唾液、组织或人类细胞。总体数据表明，ud开发的方法和由此产生的技术平台与许多现有方法相当或优于。

CDS分析公司于2023年12月商业化并开始销售新型蛋白质组学样品制备产品。

“我们很高兴有机会将特拉华大学的这项革命性技术商业化，用于蛋白质组学消化和相关步骤，以解决蛋白质组学样品制备的瓶颈，结合CDS Analytical Empore line的StageTips技术和MiniLab 5000液体处理机，我们的目标是建立从细胞到LC-MS的蛋白质组学样品制备的一站式解决方案，以帮助提高蛋白质组学分析的效率和节省成本，并使科学家能够更有效地探索和了解生物系统。我们很高兴为这项革命性的蛋白质组学技术做出贡献，旨在加速人类生物学深层机制的科学突破，以解决患者未满足的医疗需求。”

回答关键的生物学问题

UD分子生物学家Mona Batish研究RNA的生物学，RNA是由我们体内的DNA制造的单链核糖核酸分子。Batish使用Yu的方法鉴定了RNA结合蛋白(RBP)， RBP与我们细胞中发现的一种称为环状RNA的非编码RNA相互作用。环状RNA可以在体内存在很长一段时间，它们可以调节基因表达，作为肿瘤抑制因子，并引起对化疗等药物的耐药性或易感性。

Batish说，rbp是许多细胞过程的关键，最终有助于确定RNA分子在细胞中的定位和功能。她想更好地了解环状RNA如何与rbp结合，这对于充分了解环状RNA作为生物标志物或疾病治疗靶点的潜在用途至关重要。

Batish说:“寻找rna结合蛋白是很繁琐的，尤其是当它们的丰度很低的时候，但是燕宝的技术帮助我们克服了这个问题，给了我们很好的目标数据。”“它也非常可复制，这是我们谈论任何新的生物学发现时最大的因素。与我们过去所做的相比，我们发现这种新技术在样品中的一致性非常好。”

对数量有限的环境样品有效

特拉华大学地质学家克拉拉·陈(Clara Chan)和她实验室的副科学家杰西卡·凯弗(Jessica Keffer)研究产生铁锈的氧化铁细菌，这种细菌是具有许多重要环境功能的矿物质。这些铁氧化细菌存在于土壤、湿地、水处理系统、海滩沉积物，甚至是海底。研究人员想要了解这些铁氧化细菌使用什么蛋白质来形成铁锈矿物质，但这些生物很难培养和分析。

Chan实验室进行的一项早期蛋白质组学研究检测到的蛋白质很少，因此数据有限。Keffer之前用一种清洁剂将它们打开，释放出里面的蛋白质和其他物质，这一过程被称为细胞裂解。但是，如果细胞没有正常破裂，或者如果洗涤剂对它们试图恢复的蛋白质影响不佳，这种方法可能会导致样品损失。使用离心机通过高速旋转来收集细胞也不是一种选择。

这是一个常见的问题。无论研究人员使用的是生物样本还是环境样本，最大限度地减少难以获得的样本的损失都是一个关键挑战。

“蛋白质很容易吸附或粘在塑料上。因此，更多的移液和转移液体意味着更多的样品损失。”“理想情况下，你希望在单个设备中以小体积处理如此珍贵的样品。”

在论文中，Yu展示了使用几千个细胞的原理验证数据，以证明通过对ud开发的方法的增强，这是可能的。

为了解决Keffer的这个问题，Yu建议跳过细胞裂解步骤，而是使用他的团队技术平台的增强版本直接在细胞内进行反应和处理。使用ud开发的方法，Keffer能够从比她以前使用过的更小的样品体积中恢复大量的肽和蛋白质。这是一个很有前途的进展，因为这意味着在未来的研究中，她不需要为了获得高质量的数据而培养大量的细胞。

“在我目前使用的数据集中，我们从我们的生物体中检测到大约78%的预测蛋白质。这比我们在之前的任何尝试中看到的蛋白质都要多，”Keffer说。“数据质量也非常高。当我们重复这些研究时，数据非常相似，这很重要，这样我们就可以对我们所看到的充满信心。”

这种类型的信息有可能告诉研究人员其他生物是否有这种产生铁锈的能力，或者导致利用这些蛋白质来创造所需的环境变化或制造新材料的技术。

Chan称这个新技术平台很有前景。

她说:“能够检测到蛋白质和蛋白质的实际含量，有助于我们得出它们在做什么的结论。”“如果我们能在生长不太好的文化中做到这一点，也许我们可以进入环境，比目前的环境蛋白质组学能告诉我们的更全面地了解正在发生的事情。”

Yu在这项工作中的下一步工作包括将这项技术应用于更多的生物系统，并回答与人类健康更相关的问题，如病毒感染和癌症。在未来，Yu希望看到这些产品被蛋白质组学社区的研究人员采用和使用，并可能被临床医生或卫生保健技术人员以简单和一致的方式进行日常诊断和筛查。