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    人類(lèi)生命的藍圖是三十億堿基對組成的人類(lèi)基因組。1000美元基因組測序，讓人都覺(jué)得有些瘋狂，然而有研究者認為千元測序蛋白質(zhì)組也將成為現實(shí)。
 

    日前，全美最大最佳的五所“大學(xué)城”之一擁有近130年歷史的Arizona State University（亞利桑納州立大學(xué)）生物設計學(xué)院（ Biodesign Institute）的Stuart Lindsay及其團隊同事，在納米孔DNA測序技術(shù)的基礎上，讓單鏈肽段穿過(guò)納米孔，納米孔兩邊的電極可記錄每個(gè)氨基酸通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的電信號。他們使用一種機器學(xué)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(lèi)，以及氨基酸發(fā)生的微妙改變。因此開(kāi)發(fā)了能夠精確鑒定氨基酸的蛋白單分子測序技術(shù)。

    這項研究于四月六日發(fā)表在Nature Nanotechnology雜志的網(wǎng)站上。

    從基因組到蛋白組

    蛋白對于細胞的生長(cháng)、分化和修復至關(guān)重要，它們能夠催化化學(xué)反應，抵御疾病，具有各種各樣的重要功能。自今年1月份Illumina讓“1000美元基因組”成為現實(shí)，研究者們將眼光轉向了蛋白質(zhì)組測序的研究。

    與線(xiàn)蟲(chóng)等簡(jiǎn)單生物相比，人類(lèi)的基因數相對較少，不過(guò)科學(xué)家們鑒定的人類(lèi)蛋白已經(jīng)超過(guò)了十萬(wàn)，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(guò)多種機制發(fā)生改變，選擇性剪切和翻譯后修飾就是其中兩個(gè)關(guān)鍵的過(guò)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(xiàn)性穿過(guò)這種納米孔的時(shí)候，每一個(gè)氨基酸都會(huì )完成一個(gè)電回路，并發(fā)出相應的電信號。而這樣的電信號可以幫助人們判斷，通過(guò)納米孔的是哪一個(gè)氨基酸。

    這一技術(shù)稱(chēng)為recognition tunneling,原本是Lindsay等人開(kāi)發(fā)的DNA單分子測序技術(shù)。“大約兩年前，我們的一次實(shí)驗室會(huì )議提出，可以嘗試將這一技術(shù)用于氨基酸測序，”Lindsay說(shuō)。與DNA的A、G、C、T相比，用recognition tunneling鑒定組成蛋白的二十種氨基酸實(shí)際上是一個(gè)更大的挑戰。

    蛋白質(zhì)單分子測序技術(shù)具有巨大的應用價(jià)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(shù)很難檢測得到。

    PCR能夠將樣品中微量的DNA快速擴增，但在蛋白研究領(lǐng)域還沒(méi)有這樣的技術(shù)，Lindsay強調。在這種情況下，能進(jìn)行單分子水平上進(jìn)行檢測的recognition tunneling,“將給蛋白質(zhì)組學(xué)研究帶來(lái)一場(chǎng)徹底的變革”.

    這項研究為人們展示了一個(gè)，快速測序單個(gè)蛋白分子的低成本方法。據Lindsay介紹，該技術(shù)通過(guò)大約50種不同的信號特征來(lái)鑒定氨基酸，不過(guò)絕大多數鑒別只需要不到10個(gè)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(chēng)為對映體的鏡像分子，以及質(zhì)量相同但序列不同的分子。

    千元蛋白組？

    Lindsay的研究指出，可實(shí)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(zhì)組測序。事實(shí)上，Lindsay認為這一里程碑離我們并不遙遠。

    目前，這一技術(shù)還需要使用復雜的實(shí)驗室儀器——掃描隧道顯微鏡STM.不過(guò)Lindsay和他的同事正在開(kāi)發(fā)一個(gè)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(zhì)組測序真正推廣到臨床。

    該技術(shù)不僅可以用來(lái)在臨床上測序蛋白質(zhì)和檢測新生物指標，還有望給醫療領(lǐng)域帶來(lái)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。