蛋白质是细胞中执行大部分生物功能的主力。我们从父母那里继承的基因，即所谓的基因组，是固定的，通常在我们的一生中保持不变，但我们体内的蛋白质会随着年龄的增长、不同的健康状况以及受到刺激（例如医疗）而不断变化。
这使得监测蛋白质及其分子变化（即蛋白质组学研究）对药物研发、疾病诊断和健康管理大有裨益。它还有望在未来打开精准医疗的大门。
特拉华大学化学与生物化学系蛋白质组学主任余彦宝开发了一种简化的蛋白质组学分析蛋白质样本制备方法，该方法快速、易用、价格低廉，并且与该过程的其他部分具有普遍兼容性。余彦宝及其合作者在 6 月 11 日发表于《细胞报告方法》杂志上的一篇论文中报告了特拉华大学正在申请专利的该方法的有效性。
了解细胞中蛋白质的数量或组成可以帮助研究人员了解我们体内在特定时间甚至一段时间内发生的情况。例如，某些蛋白质的存在或缺失可以作为一个人生物学的一个指标。
“简单地说，如果一种蛋白质仅在人们生病时出现，那么这种蛋白质就可以作为疾病的指标或生物标志物，”Yu说。
像 Yu 这样的蛋白质组学科学家使用一种高灵敏度的仪器——质谱仪来确定特定蛋白质的身份。处理血液、组织或其他生物材料样本，使其兼容且可通过质谱仪读取，是这一过程的关键部分。
这正是 Yu 的作品的意义所在。
Yu 的方法简化了样品制备过程，高效、有效且经济，他将这三者称为 E3。他通过 UD 的经济创新与合作办公室 (OEIP) 保护了正在申请专利的方法。CDS Analytical, LLC 是一家领先的蛋白质组学样品制备耗材和仪器供应商，拥有正在申请专利的 UD 技术的全部商业权利的独家许可。
与市场上的其他产品相比，该方法与 CDS Analytical 的 Empore 膜相结合，提供了一个易于使用且成本较低的平台来准备用于测试的样品。该平台技术可用于多种样品收集设备，例如过滤器、移液器、滤芯或板。
“这确实是一种易于使用的技术，”Yu 说道。“你不需要博士学位就可以对蛋白质组学有足够的信心。我们已经使该方法非常稳健和可靠，因此每个实验室科学家都可以进行高质量的蛋白质制备。”
用于制备此类生物样本的产品通常价格昂贵。目标之一是使其比目前市场上的产品更实惠，使蛋白质组学实验的价格更接近基因组学实验的成本，这对精准医疗和医疗保健成本有重大影响。
“处理是我们技术的重点，”余说。“如果我们现在能够降低必要化学试剂和用品的成本，那么将来这些测试能够用质谱法进行，将使所有患者受益。”
Yu 和他的同事最初对各种格式和样本类型进行了基准测试，并验证了该平台技术在各种样本上的性能，从复杂的样本到含有少量细胞的样本。研究小组最初使用大肠杆菌（一种具有众所周知的蛋白质组的细菌）研究了该平台的性能。进一步的研究验证了该技术可用于制备所有不同类型的生物材料样本进行分析，从湿地细菌到真菌、唾液、组织或人体细胞。总体数据显示，UD 开发的方法和由此产生的技术平台与许多现有方法相当或优于许多现有方法。
CDS Analytical 于 2023 年 12 月将新型蛋白质组学样品制备产品商业化并开始销售。
CDS Analytical Empore 部门经理 Guotao Lu 表示：“我们很高兴有机会将特拉华大学的这项革命性技术商业化，用于蛋白质组学消化和相关步骤，以解决蛋白质组学样品制备的瓶颈问题。结合 CDS Analytical Empore 系列的 StageTips 技术和 MiniLab 5000 液体处理器，我们的目标是打造从细胞到 LC-MS 的蛋白质组学样品制备一站式解决方案，帮助提高蛋白质组学分析的效率并节省成本，并使科学家能够更有效地探索和了解生物系统。我们很高兴为这项革命性的蛋白质组学技术做出贡献，旨在加速人类深层机制生物学的科学突破，以满足患者尚未满足的医疗需求。”
特拉华大学分子生物学家莫娜·巴蒂什 (Mona Batish) 研究 RNA 的生物学，RNA 是由人体 DNA 制成的单链核糖核酸分子。巴蒂什使用 Yu 的方法来识别 RNA 结合蛋白 (RBP)，这种蛋白与我们细胞中发现的一种非编码 RNA（称为环状 RNA）相互作用。环状 RNA 可以在体内长期存在，它们可以调节基因表达，充当肿瘤抑制因子，并导致对化疗等药物的耐药性或敏感性。
巴蒂什表示，RBPs 是许多细胞过程的关键，最终有助于确定 RNA 分子在细胞中的定位位置并发挥其功能。她希望更好地了解环状 RNA 如何与 RBPs 结合，这对于充分了解环状 RNA 作为生物标记或疾病治疗靶点的潜在用途至关重要。
“寻找 RNA 结合蛋白是一件很繁琐的事情，尤其是当它们的数量很少时，但 Yanbao 的技术帮助我们克服了这个问题，并为我们提供了非常好的目标数据，”Batish 说道。“它的可重复性也很高，这是我们谈论任何新的生物学发现时最重要的因素。与过去所做的相比，我们发现使用这项新技术对样本的一致性非常好。”
特拉华大学地质学家克拉拉·陈 (Clara Chan) 和她实验室的副研究员杰西卡·凯弗 (Jessica Keffer) 研究产生铁锈的铁氧化细菌，铁锈是一种具有许多重要环境功能的矿物质。这些铁氧化细菌存在于土壤、湿地、水处理系统、海滩沉积物甚至海底。研究人员想了解这些铁氧化细菌使用什么蛋白质来形成铁锈矿物，但这些微生物很难培养和分析。
陈实验室之前进行的一项蛋白质组学研究检测到的蛋白质数量非常少，因此数据有限。凯弗之前使用洗涤剂将它们打碎，释放出里面的蛋白质和其他物质，这一过程称为细胞裂解。但如果细胞破碎不当，或者洗涤剂对试图回收的蛋白质效果不佳，这种方法可能会导致样品损失。使用离心机通过高速旋转来收集细胞也不是一种选择。
这是一个常见问题。无论研究人员研究的是生物样本还是环境样本，如何最大程度地减少难以获取的样本损失都是一项关键挑战。
“蛋白质很容易吸附或粘附在塑料上。因此，移液和转移液体的次数越多，样品损失就越多，”Yu 说道。“理想情况下，你会希望在一台设备中处理少量如此珍贵的样品。”
在论文中，Yu 使用几千个细胞展示了原理验证数据，以表明通过对 UD 开发的方法进行增强，这是可能的。
为了帮助 Keffer 解决这个问题，Yu 建议跳过细胞裂解步骤，而是使用其团队技术平台的增强版直接在细胞内进行反应和处理。借助 UD 开发的方法，Keffer 能够从比以前更少的样本量中回收大量肽和蛋白质。这是一个有希望的进展，因为这意味着在未来的研究中，她不需要培养大量细胞来获得高质量数据。
“在我目前研究的数据集中，我们检测到了我们生物体中预测蛋白质总量的约 78%。这比我们之前尝试检测到的蛋白质要多，”Keffer 说。“数据质量也非常高。当我们重复研究时，数据非常相似，这很重要，这样我们就可以对所见的结果充满信心。”
此类信息有可能让研究人员了解其他生物是否具有这种产生锈的能力，或者帮助开发利用这些蛋白质来创造所需的环境变化或制造新材料的技术。
陈称新技术平台前景光明。
“能够检测蛋白质以及蛋白质的实际含量有助于我们得出结论，了解它们在做什么，”她说。“如果我们能在生长不太好的培养物中进行检测，也许我们就能进入环境，获得比当前环境蛋白质组学所能告诉我们的更完整的情况。”
Yu 下一步的工作计划是将该技术应用于更多的生物系统，并解答与人类健康更相关的问题，例如病毒感染和癌症。未来，Yu 希望看到蛋白质组学界的研究人员采用和使用这些产品，并可能让临床医生或医疗技术人员以简单一致的方式进行日常诊断和筛查。
Martin KR、Le HT、Abdelgawad A、Yang C、Lu G、Keffer JL、Zhang X、Zhuang Z、Asare-Okai PN、Chan CS、Batish M、Yu Y.
开发高效、有效且经济的蛋白质组分析技术。
Cell Rep Methods. 2024 年 6 月 10 日：100796. doi: 10.1016/j.crmeth.2024.100796
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