測序牛人發布蛋白單分子測序技術

　　人類生命的藍圖是三十億堿基對組成的人類基因組。而DNA編碼的蛋白質是幾乎所有生命過程的主要執行者。

　　現在，美國亞利桑納州立大學Biodesign研究所的Stuart Lindsay及其同事，在納米孔DNA測序技術的基礎上，開發了能夠精確鑒定氨基酸的蛋白單分子測序技術。這一技術不僅可以用來在臨床上測序蛋白質和檢測新生物指標，還有望給醫療領域帶來徹底的改變，在單分子水平上精確監控患者對治療的應答情況。

　　Lindsay及其團隊讓單鏈肽段穿過納米孔，納米孔兩邊的電極可記錄每個氨基酸通過時產生的電信號。他們使用一種機器學習算法，讓電腦能夠識別代表不同氨基酸的特征信號。這些信號可以作為可靠的指紋，幫助人們鑒別氨基酸的種類，以及氨基酸發生的微妙改變。

　　　　從基因組到蛋白組

　　蛋白對于細胞的生長、分化和修復至關重要，它們能夠催化化學反應，抵御疾病，具有各種各樣的重要功能。

　　與線蟲等簡單生物相比，人類的基因數相對較少，不過科學家們鑒定的人類蛋白已經超過了十萬，而且不少人認為這些蛋白只是冰山一角。有限的基因數為何能形成如此大量的蛋白呢?這是因為蛋白能通過多種機制發生改變，選擇性剪切和翻譯后修飾就是其中兩個關鍵的過程。

　　在這項研究中，研究人員將一對金屬電極分隔在約兩納米的孔洞旁邊，當線性穿過這種納米孔的時候，每一個氨基酸都會完成一個電回路，并發出相應的電信號。而這樣的電信號可以幫助人們判斷，通過納米孔的是哪一個氨基酸。

　　這一技術稱為recognition tunneling，原本是Lindsay等人開發的DNA單分子測序技術。“大約兩年前，我們的一次實驗室會議提出，可以嘗試將這一技術用于氨基酸測序，”Lindsay說。與DNA的四種堿基相比，用recognition tunneling鑒定組成蛋白的二十種氨基酸實際上是一個更大的挑戰。

　　蛋白質單分子測序技術具有巨大的應用價值，可以幫助人們檢測被選擇性剪切或翻譯后修飾改變的微量蛋白。而這些蛋白往往是疾病研究所追尋的目標，用其他技術很難檢測得到。

　　PCR技術能夠將樣品中微量的DNA快速擴增，但在蛋白研究領域還沒有這樣的技術，Lindsay強調。在這種情況下，能進行單分子水平上進行檢測的recognition tunneling，“將給蛋白質組學研究帶來一場徹底的變革”。

　　這項研究為人們展示了一個，快速測序單個蛋白分子的低成本方法。據Lindsay介紹，該技術通過大約50種不同的信號特征來鑒定氨基酸，不過絕大多數鑒別只需要不到10個信號特征。

　　值得注意的是，recognition tunneling不僅能夠高度可信的鑒定氨基酸，區分翻譯后修飾的蛋白(肌氨酸)及其前體(甘氨酸)，還能夠鑒別被稱為對映體的鏡像分子，以及質量相同但序列不同的分子。

　　千元蛋白組?

　　Lindsay的研究指出，可實現千元基因組測序的工具，也可以最終幫助人們完成千元蛋白質組測序。實際上，Lindsay認為這一里程碑離我們并不遙遠。

　　目前，這一技術還需要使用復雜的實驗室儀器——掃描隧道顯微鏡STM。不過Lindsay和他的同事正在開發一個可以快速鑒定氨基酸和其他分析物的新設備，以便將低成本的蛋白質組測序真正推廣到臨床。