蛋白质组学的进化- Alexander Makarov教授

亚历山大·马卡洛夫，博士，是生命科学质谱(MS)研究主任热科学世界著名的发明家Orbitrap质量分析仪技术．

近年来，除了在代谢组学、环境分析、分子筛选和毒理学等领域取得重大进展外，基于orbitap的仪器已经成为蛋白质组学领域取得进展的重要组成部分。

Makarov继续开发和优化Orbitrab技术，努力实现MS仪器的民主化，并提高其在临床环境中的可用性，以增强疾病诊断。

除了是一名广泛发表的作者和拥有50多项专利外，Makarov还因其对蛋白质组学领域的贡献而获得了多个著名奖项，包括美国质谱学会的质谱杰出贡献奖(2008年)。

莫莉·坎贝尔:在你看来，基于ms的蛋白质组学有哪些最大的突破?

亚历山大·马卡罗夫(AM):在过去的20年里，基于ms的蛋白质组学就像坐过山车一样，从“生物标志物淘金热”演变为阐明疾病途径和机制的主流实验室技术。

2019年是我在年会上提出Orbitrap技术的20周年美国质谱学会在这一时期，该技术在包括蛋白质组学、代谢组学、环境和食品安全在内的广泛科学领域的应用取得了重大进展，所有这些领域都在使我们的世界更健康、更清洁和更安全方面发挥着重要作用。很荣幸看到Orbitrap技术为科学的快速发展做出了巨大贡献!

这一贡献与蛋白质组学实验的所有其他主要阶段(即样品制备、液体分离、分析方法和数据处理)的巨大进展相匹配。作为例子，我想提到用于样品制备的自动提取和消化站，用于液体分离的超高压纳米和毛细管流液相色谱，用于分析方法论的数据独立采集和串联质量标签工作流程，以及Thermo Scientific等软件套件蛋白质组发现软件用于数据处理，以及第三方选项。

MC:作为Orbitrap质量分析仪的发明者，在蛋白质组学领域使用该设备的哪项研究最令您兴奋?

问:在蛋白质组学领域，最令我兴奋的是探索不同疾病复杂机制的研究，因为正确识别人类痛苦背后的真正罪魁祸首是一项真正的侦探工作。我还对蛋白质组学在分析图片、手稿和骨骼等历史文物方面的应用感到兴奋——这项研究同样需要精心设计和求知欲强的智力努力，以及对多个学科的深入了解。

MC:越来越多的研究实验室正在努力研究单细胞蛋白质组学。Orbitrap系列技术如何推动这一运动?

问:Orbitrap质谱仪已经积极应用于推进单细胞蛋白质组学的试点研究中，我预计数据独立采集和串联质量标记工作流程将在这一重要而迅速崛起的科学领域中得到越来越多的应用。在未来，还将有显著的性能和吞吐量改进，这些改进来自于尚未实现的新型仪器增强。

当然，MS的进步需要与邻近技术领域的进步相匹配，如微流体、分选流式细胞术和液体分离技术——毛细管电泳在后者中很可能越来越重要。

MC:您参与了几种蛋白质组学技术的开发工作。在开发新型MS技术的过程中，您的团队继续面临哪些技术挑战?

问:随着MS从20世纪80年代和90年代的家庭手工业发展到21世纪10年代的航空工业，每一个新的发展都需要越来越大的研发团队，以适应仪器日益增加的复杂性和软件从固件到应用程序的各个层面的重要性。所有这些都延长了每项创新的周期，也迫使我们专注于解决科学界最紧迫需求的解决方案。

与此同时，MS的日益民主化带来了对工具的新要求，例如更强的健壮性和易用性，这需要与性能的某些方面相平衡。

MC:最近说话在第十届MaxQuant暑期学校，您讨论了MS的“死亡阶梯”，在MS过程中失去了几个数量级的灵敏度。造成这种损失的原因是什么?你能描述一下Orbitrap技术是如何克服这一问题的吗?

问:在MS中，离子的生活是艰难的，充满了歧视!这一切都始于电离过程中的电荷竞争，在空间电荷主导的离子从大气到真空的运输过程中继续进行，质量选择，碎片化，然后是质量分析。与其他高分辨率技术相比，Orbitrap分析仪使我们在最后阶段减少了至少一个数量级的损失。然而，剩下的每一个阶段(除了破碎和仅当气体碰撞时)仍然会导致数量级的损失。

目前仪器发展的前沿集中在减少质量选择阶段的损失，有许多解决方案，从扩大质量过滤窗口的数据独立采集，到链接俘获/离子迁移率分离/四极子选择/质量分析操作。然而，与目前的最佳情况相比，即使在前面阶段的适度改进也会给我们带来另一个数量级的改进。

MC:系统生物学在很大程度上依赖于MS，随着这一研究领域的不断发展，MS技术如何进一步发展以满足研究人员的需求?

问:我预见微软将继续沿着两个有些不同但又密切相关的方向快速发展。首先，高端质谱仪的性能范围将继续提高，从而能够对新型分析物进行更全面和更深入的分析。其次，这一进步将伴随着已经提到的MS的民主化，仪器有望变得像液相色谱仪甚至显微镜一样无处不在、价格低廉。有趣的是，推动第二种趋势所需的创新和努力往往比第一种趋势所需的还要多!

Alexander Makarov接受了科技网络科学作家Molly Campbell的采访。188金宝搏备用