蛋白質組學及其技術發展摘要:但白質組學是以生物體全部或部分蛋白為研究對象,研究它們在生命活動過程中作用、功效。蛋白質組學較之前基因組學對于生命現象解釋更直接、更正確。本文關鍵介紹蛋白質組學概念、背景、關鍵研究技術以及進展前沿。關鍵詞:蛋白質組學雙向電泳技術生物質譜技術生物信息學伴隨基因測序技術發展,人類以及多種生物基因組測序完成,了解這些基因表示、功效和調控成為目前要務。所以在這個生命科學研究以“組學”為基礎研究單位高通量研究時代,蛋白質組學已是迫切必需。而Science雜志已把蛋白質組學列為六大研究熱點之一,蛋白質組學研究已成為二十一世紀生命科學關鍵戰略前沿【1】。=1\*Arabic1蛋白質組學概念及產生背景眾所周知,始于20世紀90年代初龐大人類基因組計劃已取得了巨大成就,多個物種(包含人類)基因組序列已經完成.生命科學已實質性地跨入了后基因組時代,研究重心已開始從揭示生命全部遺傳信息轉移到在分子整體水平對功效研究上。這種轉向第一個標志是產生了功效基因組學(functionalgenomics)這一新學科,即從基因組整體水平上對基因活動規律進行敘述.如在mRNA水平上經過DNA芯片技術檢測大量基因表示模式。而第二個標志則是蛋白質組學興起。蛋白質組一詞是澳大利亞Mac-quarie大學Wilkins和Williams在1994年首次提出,最早見諸于文件是在1995年7月《Electrophoresis》雜志上【2】。蛋白質組學（Proteomics）一詞,源于蛋白質（protein）與基因組學（genomics）兩個詞組合,其最初定義為“一個基因組所表示蛋白質【3】”,但這個定義并沒有考慮到蛋白質組動態改變。所以現在大家認為蛋白質組定義為“一個已知細胞在某一特定時刻包含全部亞型和修飾全部蛋白質【4】”。蛋白質組學利用“一網打盡”“組學”研究模式,與以往研究單個蛋白質“釣魚”模式有所不一樣。它采取大規模、高通量、高靈敏度技術手段,經過全局性研究基因組所表示全部蛋白質在不一樣時間與空間表示譜和功效譜,全景式地揭示生命活動本質。在基礎研究上,蛋白質組學研究將帶來一系列相關生命科學尤其是人體科學重大問題突破。因為幾乎全部關鍵生命現象,如發育、代謝、信號傳導、體內能量轉換、神經活動等都關聯到眾多蛋白質復合體活動,也即交匯于細胞蛋白質組,所以人類部分關鍵組織和細胞功效蛋白質組揭示,將會廣泛而深入地推進基礎生命科學研究。在應用研究上,蛋白質組學是發覺大量新型生物標志物、藥靶和藥品關鍵路徑,已成為生物醫藥產業及其相關產業發展新生長點,其發展直接關系到未來整個生物技術產業及其相關產業發展空間和市場份額,所以日益受到各國普遍關注【5】。2蛋白質組學技術蛋白質組學經典方法是雙向電泳與生物質譜聯用【6】。2.1蛋白質分離純化技術（雙向凝膠電泳）雙向電泳(2-DE)技術由O'Farrel和Klose等人于1975年建立。第一向為等電聚焦(isoelectrofocusing,IEF),是基于等電點不一樣將蛋白質分離,第二向為SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS),是基于子量不一樣而將蛋白質分離【7】。但現在該系統還面臨著部分方法上問題:疏水性蛋白(如膜蛋白)難溶于樣品緩沖液;高分子量蛋白、極酸和極堿性蛋白易在電泳中丟失;低拷貝(拷貝數小于1000)蛋白無法檢測等。2-DE是蛋白質組學研究關鍵技術,而2D-DIGE(twodimensionalfluorescencedifferencegelelectrophoresis)則在其基礎上做了重大改善。2D-DIGE在分離蛋白前,先用熒光素將蛋白樣本作上標識,分離后再用質譜進行分析,這種方法能夠對試驗組和對照組蛋白質表示,進行正確且可反復定量分析。2D-DIGE取得數據能夠用專門系統管理。如:PARIS(proteomicanalysisandresourcesindexationsystem)系統,它儲存了電泳圖像和信息,供研究者搜索應用【8】,所以2D-DIGE能夠真正作為定量蛋白質組學差異顯示首選工具。2.2蛋白質篩選（western印記）對目蛋白篩選通常與雙向電泳連用,關鍵用來分析凝膠中分離出蛋白質樣品,采取關鍵技術手段通常是Western印跡和差異蛋白比較分析。Western印跡關鍵是將雙向電泳后凝膠不經過染色而直接轉印到固相支持物（如NC膜、PVDF膜等）上,再在膜上進行免疫學反應,從而篩選出與免疫功效相關蛋白;差異蛋白比較分析則是先對凝膠進行染色,然后應用軟件（如ImageMaster、PDQuest等）對存在差異2組凝膠進行比較,從而找出差異蛋白。在比較時,通常要求每個被分析樣品反復3次,然后先做組內比較,再做組間比較【1】。2.3蛋白質判定技術（生物質譜）質譜技術(massspectrometry,MS)已經成為最有效蛋白質判定工具。其基礎原理是樣品離子化后,依據不一樣離子間負荷比(m/z)差異來分離和確定蛋白質分子量。依據離子化源不一樣,關鍵能夠分為電噴霧離子化(electrosprayionization,ESI)和基質輔助激光解吸離子化(matrixassistedlaserdesorption/ionization)質譜兩大類。通常質譜儀由離子源,質量分析器,離子檢測系統三部分組成。其中,質量分析器是質譜技術關鍵【6】。質譜有不少優點,不僅能夠快速、高效地對目蛋白進行判定,且樣品用量少（通常達成微克級）還能用于翻譯后修飾分析(糖基化、磷酰化),但現在只適適用于20個氨酸以下肽段。另外,還存在固有不足,比如Ile,Lys和Gln不能區分,有些肽固有序列不能用質譜法測定。2.4蛋白質分析（生物信息學）生物信息學是在生命科學研究中,以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析科學。蛋白質組生物信息學研究內容包含大規模蛋白質組學試驗信息產生,將試驗信息處理成含有生物學意義試驗結果,對試驗結果分析和試驗結果公布以及對上述過程管理【7】。現在關鍵經過基因組數據庫,創建蛋白質數據庫,對蛋白質翻譯后修飾類型進行分析,使每種蛋白質與其基因匹配起來,并結合現有蛋白質研究多種信息,建立完整蛋白質組數據庫。經過生物質譜得到數據需要在數據庫中進行搜索和比對才能對蛋白質進行確定【6】。生物信息學在對蛋白質結構和功效估計上也起到了關鍵作用。通常估計方法都是基于同源比對和相同性比較,這一理論基礎是,進化產生享受共同祖先同源性蛋白家族含有相同序列、結構和功效【6】。蛋白質二級結構比較輕易估計,單三級結構估計尚無有效措施,研究發覺序列差異較大蛋白質也可折疊成相同三維結構,但蛋白質折疊過程并不十分明確。現在常見是“同源模建”方法,但效果并不理想,有待于深入完善【6】。3展望蛋白質組學是一門新興學科,即使剛剛起步,卻為大規模地直接研究基因功效提供了強有力工具。它是基因組計劃由結構走向功效肯定,是生命科學由分析走向綜合必經之路,也是連接微觀分子系統與宏觀生物系統橋梁。它興起將會使大家更深刻、透徹地了解多種疾病致病機制,為更全方面地發覺藥品作用靶位,愈加快速、正確地對疾病進行診療提供了有利條件,同時也為多種疫苗、藥品研制鋪平了道路。能夠預見,蛋白質組學研究興起和發展將是未來蛋白質研究主時尚。參考文件:【1】王英超,黨源,李曉艷,蛋白質組學及其技術發展【J】生物技術通訊21139～144【2】李林蛋白質組學進展【J】生物化學與生物物理進展27227～231【3】WilkinsMR,SanchezJC,GooleyAA,etal．Progresswithproteomeprojects:whyallproteinsexpressedbyagenomeshouldbeidentifiedandhowtodoit[J]．BiotechnolGenetEngRev,1996,13:19－50．【4】deHoogCL,MannM．Proteomics[J]．AnnuRevGenomicsHumGenet,,5:267－293．【5】高雪,鄭俊杰,賀福初中國蛋白質組學研究現實狀況及展望【J】生命科學6月