高通量蛋白质检测技术获重大突破

2010-8-12 18:47 来源: 中国质量报
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后基因组时代蛋白质组闪亮登场

中国计量院高通量蛋白质检测技术研究取得重大突破

  “高通量蛋白质分离检测关键技术研究取得的突破给我们很大鼓舞,但这只是我们大规模系统集成研究的一部分,我们正在着力于系统后续的研究。相信,在不久的将来,这套集成系统将为蛋白质组的分析提供一个完整规范的平台。”谈起不久前通过项目鉴定的《高通量蛋白质分离检测关键技术研究》和取得的成果,中国计量科学研究院生物、能源与环境研究所科学仪器研究室主任刘新志显得踌躇满志。

  随着全球性的国际人类基因组计划的初步完成,一个以蛋白质和基因调节为研究重点的后基因组时代已经拉开序幕。蛋白质是生理功能的执行者,是生命现象的直接体现者,对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。伴随人类基因组研究而发展的蛋白质组学则是研究细胞内各种蛋白质的组成及其活动规律的一门新兴学科。后基因组时代,蛋白质组将成为重点研究方向之一,并将有力推动生物产业的持续性高速发展。

  “蛋白质组研究是一门极为年轻的科学,从诞生到蓬勃发展也不过七八年历史,我国的研究时间也只有六年而已。但其发展速度非常迅猛,应用范围也非常广泛。”刘新志说。

  蛋白质组研究对生命科学、化学分析、食品安全、人类健康等诸多领域都有着重要意义。例如,几乎所有的药物都是通过蛋白质发挥作用,蛋白质组学在药学研究中的应用不仅可直接产生新的药物,更重要的是可减少对新药开发研制的盲目性,大大加速和简化新药研制的过程;通过对疾病不同阶段蛋白质组的研究,还可帮助诊断和防治疾病。目前,蛋白质组学已成功用于肿瘤、糖尿病、艾滋病、关节炎等多种疾病的诊断和治疗。

  “蛋白质组研究的核心技术分为两个部分:蛋白质分离技术和蛋白质鉴定技术。实验数据表明,现阶段依赖质谱分析的蛋白质鉴定技术的发展水平远高于蛋白质分离技术的发展水平。但对大分子、复合物、细胞的分离纯化是进行更详尽的生物鉴定和工程化应用所必需的重要步骤,如果不能快速有效地进行蛋白质分离,后续的鉴定也无法进行。所以,蛋白质组研究的瓶颈来自于蛋白质分离技术的限制。”刘新志打了一个比喻:“蛋白质鉴定技术好比一条宽敞的高速路,但通往这条高速路的必经路——蛋白质分离技术就好比一条小胡同,这条小胡同严重影响了车辆的快速通行。”

  据介绍,目前蛋白质分离技术主要有两种——双向电泳技术和高效液相色谱技术。“这两种传统技术与生俱来的缺点是很难分解出难溶性蛋白,而且不能分解出不溶性蛋白。要打通这条小胡同,就必须找到一种新的方法、研制一种新的装置,能够有效地分离出难溶性蛋白和不溶性蛋白,并且要实现高通量快速分离。”刘新志介绍。

  由中国计量科学研究院完成的《高通量蛋白质检测关键技术的研究》课题在解决蛋白质的快速分离技术方面取得了重大突破。研究建立了以反向加样连续自由流电泳(FFE)分离方法为核心的高通量蛋白质分离检测技术中最为关键的高稳定度自由流电泳(HSFFE)装置。“该装置最显著的特点就是解决了两种传统的分离技术所不能解决的问题——从蛋白混合物中有效地分离出可溶性蛋白、难溶性蛋白、不溶性蛋白,实现了对这三种蛋白的完全分离;其次,装置的通量高,速度快,能够满足蛋白质快速分离鉴定的需要。”刘新志说。

  专家认为,该装置是我国第一台自主研发的实用大型地基液相制备电泳装置,主要指标已经达到国际同类装置的技术水平。同时,该课题的实施具有技术上的前瞻性和集成创新性,对蛋白质组学研究提供了关键的技术支撑。具有自主知识产权的这项成果降低了我国在同类仪器设备上对国外技术的依存度,具有较高的实际应用价值。该装置不仅可以为我国的蛋白质组基础研究提供技术支撑,还可以广泛应用于生物产业的生产环节,如生物制药。同时,还能应用于医学临床,如疾病预防和临床监测。正如一位资深的生物学家所说:“其应用范围几乎可以遍及生物学、生物化学和细胞学的各个领域。”

  “虽然这套装置本身已经可以作为独立的产品应用于相关领域,但这并不是我们的最终目的。我们的目标是实现以该装置为核心的高通量完整蛋白质分离、酶解消化、肽段分离和质谱鉴定接口的大规模系统集成,以保证蛋白质组的分析可以在一个连续自控的系统中规范化完成。到时候,我们的装置将发挥更大的作用。”刘新志信心十足。