高通量蛋白質分離檢測關鍵技術研究

日期：2010-08-16 16:34:24

“高通量蛋白質分離檢測關鍵技術研究取得的突破給我們很大鼓舞，但這只是我們大規模系統集成研究的一部分，我們正在著力于系統后續的研究。相信，在不久的將來，這套集成系統將為蛋白質組的分析提供一個完整規范的平臺。”談起不久前通過項目鑒定的《高通量蛋白質分離檢測關鍵技術研究》和取得的成果，中國計量科學研究院生物、能源與環境研究所科學儀器研究室主任劉新志顯得躊躇滿志。

隨著全球性的國際人類基因組計劃的初步完成，一個以蛋白質和基因調節為研究重點的后基因組時代已經拉開序幕。蛋白質是生理功能的執行者，是生命現象的直接體現者，對蛋白質結構和功能的研究將直接闡明生命在生理或病理條件下的變化機制。伴隨人類基因組研究而發展的蛋白質組學則是研究細胞內各種蛋白質的組成及其活動規律的一門新興學科。后基因組時代，蛋白質組將成為重點研究方向之一，并將有力推動生物產業的持續性高速發展。

“蛋白質組研究是一門極為年輕的科學，從誕生到蓬勃發展也不過七八年歷史，我國的研究時間也只有六年而已。但其發展速度非常迅猛，應用范圍也非常廣泛。”劉新志說。

蛋白質組研究對生命科學、化學分析、食品安全、人類健康等諸多領域都有著重要意義。例如，幾乎所有的藥物都是通過蛋白質發揮作用，蛋白質組學在藥學研究中的應用不僅可直接產生新的藥物，更重要的是可減少對新藥開發研制的盲目性，大大加速和簡化新藥研制的過程；通過對疾病不同階段蛋白質組的研究，還可幫助診斷和防治疾病。目前，蛋白質組學已成功用于腫瘤、糖尿病、艾滋病、關節炎等多種疾病的診斷和治療。

“蛋白質組研究的核心技術分為兩個部分：蛋白質分離技術和蛋白質鑒定技術。實驗數據表明，現階段依賴質譜分析的蛋白質鑒定技術的發展水平遠高于蛋白質分離技術的發展水平。但對大分子、復合物、細胞的分離純化是進行更詳盡的生物鑒定和工程化應用所必需的重要步驟，如果不能快速有效地進行蛋白質分離，后續的鑒定也無法進行。所以，蛋白質組研究的瓶頸來自于蛋白質分離技術的限制。”劉新志打了一個比喻：“蛋白質鑒定技術好比一條寬敞的高速路，但通往這條高速路的必經路——蛋白質分離技術就好比一條小胡同，這條小胡同嚴重影響了車輛的快速通行。”

據介紹，目前蛋白質分離技術主要有兩種——雙向電泳技術和高效液相色譜技術。“這兩種傳統技術與生俱來的缺點是很難分解出難溶性蛋白，而且不能分解出不溶性蛋白。要打通這條小胡同，就必須找到一種新的方法、研制一種新的裝置，能夠有效地分離出難溶性蛋白和不溶性蛋白，并且要實現高通量快速分離。”劉新志介紹。

由中國計量科學研究院完成的《高通量蛋白質檢測關鍵技術的研究》課題在解決蛋白質的快速分離技術方面取得了重大突破。研究建立了以反向加樣連續自由流電泳（FFE）分離方法為核心的高通量蛋白質分離檢測技術中最為關鍵的高穩定度自由流電泳（HSFFE）裝置。“該裝置最顯著的特點就是解決了兩種傳統的分離技術所不能解決的問題——從蛋白混合物中有效地分離出可溶性蛋白、難溶性蛋白、不溶性蛋白，實現了對這三種蛋白的完全分離；其次，裝置的通量高，速度快，能夠滿足蛋白質快速分離鑒定的需要。”劉新志說。

專家認為，該裝置是我國第一臺自主研發的實用大型地基液相制備電泳裝置，主要指標已經達到國際同類裝置的技術水平。同時，該課題的實施具有技術上的前瞻性和集成創新性，對蛋白質組學研究提供了關鍵的技術支撐。具有自主知識產權的這項成果降低了我國在同類儀器設備上對國外技術的依存度，具有較高的實際應用價值。該裝置不僅可以為我國的蛋白質組基礎研究提供技術支撐，還可以廣泛應用于生物產業的生產環節，如生物制藥。同時，還能應用于醫學臨床，如疾病預防和臨床監測。正如一位資深的生物學家所說：“其應用范圍幾乎可以遍及生物學、生物化學和細胞學的各個領域。”

“雖然這套裝置本身已經可以作為獨立的產品應用于相關領域，但這并不是我們的最終目的。我們的目標是實現以該裝置為核心的高通量完整蛋白質分離、酶解消化、肽段分離和質譜鑒定接口的大規模系統集成，以保證蛋白質組的分析可以在一個連續自控的系統中規范化完成。到時候，我們的裝置將發揮更大的作用。”劉新志信心十足。