蛋白质组学的发展,伊曼纽尔Petricoin教授

伊曼纽尔Petricoin教授兼主任应用蛋白质组学和分子医学中心在乔治梅森大学。他职业生涯致力于推动临床蛋白质组学领域的发展和推进个性化医疗。Petricoin的研究重点是开发尖端microproteomic技术,识别和发现生物标志物在疾病早期阶段检测,开发新颖的生物信息学方法分析和建立纳米技术工具增加蛋白质间交互作用的分析检测、药物传输和监控。

他是一个创始成员人类蛋白质组组织(国际)撰写了超过40本书章节和在等出版物的编辑委员会蛋白质组学,Proteomics-Protocols、分子致癌作用和个性化医学杂志》。Petricoin几个生命科学公司的创始人之一,是40的合作发明者提出并发表专利。

莫莉·坎贝尔(MC):在你看来,什么是蛋白质组学的研究到目前为止最令人振奋的突破?

伊曼纽尔Petricoin (EP):超出了质谱(MS)的技术进步,比如诺贝尔奖获得者的工作Koichi田中,约翰芬和其他基质辅助激光解吸电离(MALDI)和电喷射,我认为自动化测试和计算分析软件包和整体工作流build-ons发生在蛋白质组学已经非常令人兴奋,真的把字段;特别是在临床蛋白质组学,人们希望看到蛋白质组学产生真正的临床影响。

支撑技术在蛋白质组学已经有了临床应用的适应,从低吞吐量和笨重的研究技术高速和大容量技术生产高重现性实验和样品处理成本较低。这还没有完成,还在进化。

其次,我认为,爆炸的兴趣多反应监测和选择性反应监测,基于仪表盘化验使用三重四重技术和其他新tribrid女士高分辨率设备是令人兴奋的。这是临床蛋白质组学领域的直接测量的面板或谨慎的签名是有用的作为一个临床决策支持工具,早期检测工具,作为病人治疗反应的监控工具等。参考标准的发展和标准操作程序(SOP)也被巨大的领域。

我认为第三个区域是最令人兴奋的是(与展望未来的主题进行蛋白质发现板)是健壮的蛋白质阵列技术的发展和新类型的多路复用,histomorphological为基础的蛋白质组学分析。在蛋白质组学与地理空间的时代,我们现在相交不仅有多少的蛋白质,但它到底是在组织和细胞。

我们发明了反向阶段蛋白质阵列技术在十年前,在我们的实验室和技术已经在全球范围内使用爆炸,临床实现和制药公司的利益。所有我一直参与的蛋白质组学技术,反向阶段蛋白质阵列技术加速最迅速,真正影响患者治疗选择和结果。我们除了发现和健壮的临床测量在监管环境。

主持人:你的研究探索使用尖端microproteomic技术个性化医疗。请您能告诉我们更多关于这些技术的发展,它们提供了在蛋白质组学研究带来什么好处?

EP:绝对的。我们面临的困惑在蛋白质组学领域之一是没有聚合酶链反应(PCR)——技术,蛋白质组学领域可以用来定期放大低丰度蛋白质。在基因组学领域,我们可以推测,PCR技术催化,电气化甚至就职基因组学革命。不能放大低丰度分子意味着蛋白质组学领域已经落后于基因组学。在蛋白质组学,无论你在你的样品都是你会得到。

我提出这一点的原因是,在临床蛋白质组学和精密医学领域,剩下的令人畏惧的挑战都极其少量的材料开始在我们的样例,渴望发展多路复用化验。在这个领域,我们想要测量很多不同的蛋白质分析物对医生和制药公司变得非常有趣,因为他们很多药物化合物的目标——以激酶抑制剂在肿瘤为例。这是有问题的,因此,这些分析物极低丰度和你只有几百个细胞。

蛋白质组学领域在过去的只是更多的研究驱动的,所以开始的实验,增加数万亿细胞的孵化器作为输入女士实验或其他蛋白质组学技术是常规。然而,奢侈品并不存在的空间精密肿瘤学、和临床蛋白质组学。在这些领域,剩下少量的细胞作为输入,因为输入通常是手术活检。诊断病理学家需要的材料数量说10年前相比已经大幅下降,因此这是蛋白质组学的越来越大的压力来匹配标准,采取更小活检进行蛋白质组学分析。

精密肿瘤学空间爆炸与治疗不专门针对蛋白质的基因。那么,我们如何衡量这些药物靶点有效患者样本,能够使用这些信息的赞助下治疗指导,分层并创建预测标记,当我们只有大概几百一千细胞活检样本吗?我们不得不开发micro-proteomic技术来满足临床的需求空间,因为临床空间不会适应我们,他们也不应该从病人的角度来看。

这是我们发展的基础动力反相蛋白数组。我们想开发一个工具,措施非常重要非常小的蛋白质和磷蛋白质丰度在小活检样本。这种技术允许我们进入临床的空间,否则关闭调查员和由基因组学、一个领域你可以测量DNA, RNA和microRNA在非常少量的材料。反向阶段蛋白质阵列技术允许我们定量测量数以百计的低丰度蛋白质和磷蛋白质从极少量的临床材料在一个健壮的方式。

我们采取了这项技术的发明和毕业,一路作为临床实现CAP-accredited测定,可用于临床试验患者的治疗决策。只是因为它的能力来衡量这些少量的材料确实允许这种技术蓬勃发展。

主持人:为什么它是重要的考虑蛋白质作为潜在生物标志物在疾病早期检测吗?

EP:很多人认为基于基因组检测疾病更为可取,因为特别的能力衡量基因改变,DNA或RNA片段,从疾病的病原体或记录等过程本身。的一个原因人们喜欢基因检测方法是因为有一些考虑,体内基因组DNA或RNA更稳定,不降解蛋白质生物标记。

当然,像我们说的,我们有很复杂的方式放大这些信号通过PCR和其他方法,所以有很多基因诊断检测和早期检测工具目前正在实施。再一次,这一切回大量的目标分析物的关系。早期检测意味着你想检测疾病之前,它可以探测到任何其他手段,在早期。没有理由来检测疾病晚期,我们想尽早检测临床差异,但是如果你发现疾病早期它意味着的分析物的来自患病的细胞是非常低的。你会有一个技术墙时你遇到低丰度的分子分析。

然而,蛋白质组学,在其优势,自然会发生细胞放大通过蛋白质通常做什么在转录翻译表达的过程。每个细胞,通常比有更多的副本的蛋白质的DNA编码,使蛋白质组学成为令人陶醉的区域寻找疾病的生物标记物。

第二个原因是,已经有一些FDA批准/清除早期检测化验,衡量蛋白质生物标记,使用了各种各样的疾病,这是一个空间已经一刀健壮。我们已经为前列腺癌的分子如PSA例如,心脏病检测肌钙蛋白,血红蛋白a1c胰岛素糖尿病监测和检测和监控。胰岛素是一种蛋白质。当你开始思考哲学,蛋白质组学领域已经“拥有”的诊断空间相当长一段时间,然而这些蛋白质通常是测量一次,没有想到作为蛋白质组多路复用工具。

我认为最大的问题在早期检测空间总是特异性生物标志物和不一样的性能敏感性(尽管你会擅长),因为大多数疾病都发生在较低的相对频率值得庆幸的是,相对于其他良性/炎症存在重合的条件致病过程,发生在一个更高的相对频率。考虑到这一点,你必须有一个非常特定疾病的生物标志物,以减少误报。

主持人:你能告诉我们更多关于你的工作在发展高通量蛋白质组传感技术和microfabricated生物传感器?

EP:我们想要做的事情之一是测量蛋白质的方式临床相关性。例如我们在我们的实验室正在研究新的蛋白质标志物的创伤性脑损伤的唾液。

我们开发了一些新技术,可以直接说,护齿套的一名运动员,甚至是一个潜在的军事战争战斗机,护齿套的基本制造纳米粒子,可以改变颜色,当一个特定的蛋白质绑定。这样你可以检测脑震荡例如通过观察颜色变化在口中。这项技术还没有准备好,但是这是我们想去的地方。临床蛋白质组学的不仅仅是发现生物标志物的蛋白质也将其测量设备。

与蛋白质组学领域的并行进化是样品制备领域。在样品制备技术拉动蛋白质组学的空间,同样,蛋白质组学的发展拉动了样本准备领域,他们无情地联系在一起。在任何科学领域一直是一个薄弱环节,有效地阻碍这一领域。在蛋白质组学中最弱的环节之一,在过去的样品制备。在例如,女士有许多物理仪器本身的发展以及前期分馏技术,经常稀释方法从给定样本的蛋白质浓度。分离不是浓度。

如果注入纯血清质谱仪,你几乎只是序列白蛋白,而如果你分离血清样品之前你可以看到整个宇宙的蛋白质,就不会被检测到。这些发展都是“样品准备”如果你认为哲学。然而,问题是,这些方法都集中,他们只是分馏。同时我们需要集中和分馏。很多新技术正在努力这样做,比如有新类型的“纸折纸”样本准备技术的新兴领域。你可以把唾液样本或血液样本为例,分别在nanofabricated纸毛细作用的设备可以直接放入一个质谱仪。这些技术也在低成本。

我们实验室已开发出新型的纳米粒子,就像生物标志物真空吸尘器。他们关在笼子里的分子可以nanofabricate捕捉各种类型的蛋白质,然后这些nano-cages开放和泄露其内容到下游的检测平台,如酶联免疫吸附试验(ELISA),女士或蛋白质阵列上。简单,开发新样品准备技术可以使用现有的蛋白质组学技术彻底改变蛋白质的空间。一些示例Biorad的ProteoMiner™,谷神星NanoscoenceNanoTrap™(伊曼纽尔在董事会Ceres纳米科学),和各种磁珠技术可以用作色谱试剂和/或耦合为目标捕获抗体等。

点击在这里阅读米哈伊尔·Savitski博士上周的采访。

EP:国际一般总是寻求帮助提供一个组织结构,non-prescriptively,领域,本质上是极其复杂和不同的比基因组学领域。当我们第一次成立国际等人吉尔Omenn和山姆Hanash,可能其他早期蛋白质组学先驱,我们想找出建设性的方法来帮助沿着整个领域。在蛋白质组学,你有这么多不同的技术和方法:蛋白质阵列技术,技术,女士有样本准备技术,有细胞技术和基础技术和子类的蛋白质组学包括non-cell glycol-proteomics字段中,磷蛋白质组学领域,lipidomic和脂磷蛋白质组学领域。所有这些专业和sub-specialties有不同的群科学家本身是在他们自己的小群体。国际想要有一个整体的组织结构,代表了全球努力在不同的领域,同时,我们想发展我称之为“篝火”类型的项目,人们可以聚集在一起参与推进。

Omenn和Hanash其他人帮助我们启动人类血浆蛋白质组计划国际帮助赞助并启动。这是一个巨大的成功能够说,嘿,看,我们分发一个常见的示例和无论你使用什么技术,不管你采用什么女士工作流,您可以分析这个样品和存款数据回可以共享的中央数据库。这允许为一个共同的门户基本上显示数据字段和人们做比较分析,说这比这更好工作,这就是为什么。

除了召开年度会议,只是主办的会议,我认为国际试图开发一个整体哲学确保有特定类型的项目,可以从事和不言而喻;参考标准的发展,例如,或SOP和分享SOP的发展领域。这些都是国际真正开始。

我想如果你看的一些基本原则是国际想要达到的,他们在组织如美国国立卫生研究院的复制临床蛋白质组学协会。国际站的展示其他国家和政府机构。当他们想基金生命科学研究在国家层面上,他们看起来是国际组织,因为它是第一个,我认为这是一个伟大的属性。

主持人:由于技术的进步,近年来蛋白质组学领域发展迅速。你相信这个领域将会是什么样子的在十年的时间吗?什么障碍目前站在蛋白质组学的发展?

EP:这是个很好的问题。我想我期待,或想象,这个领域将是更少的检测方法和更多关于这些检测方法在实际应用的缝合,我们看到在我们的日常生活。我的意思是蛋白质组学检测方法在可穿戴设备的发展,蛋白质组学检测方法传感环境,水,空气,或植入体内的纳米传感器。

对我来说,这将是非常令人沮丧的,如果在10年或15年的时间我将asm会议或者国际会议,重点在于经典的蛋白质组学技术。如果蛋白质组学领域仍然是简单的谈论下一个新的女士,或者一些有趣的软件工具,它允许您测量这个或那个更好,那么这个领域大幅一直停滞不前。

显示的字段必须得到女士的新类型设备。设备需要在后台和你正在做的事情需要在前台,发生在基因组学领域。如果只是机械的蛋白质组学将永远是一个“可怜的继子”基因组学。在会议上我们希望看到蛋白质组学的应用,例如“我们可以把这台机器,现在我们可以这样做,我们可以发现这些生物标记”。

蛋白质组学的另一种方式是目前缺乏金融投资有限。基因组学领域已经吸了很多钱为他们的空间,也许是理所当然,但是我们需要资金注入到应用蛋白质组学和临床蛋白质组学领域。

此外,这个领域本身尚未确定或抓住一个特定的“登月”项目。例如,不会有相当于人类基因组计划(HGP),蛋白质组学领域就没有。“人类蛋白质组”是不断波动的信息存档。每个细胞类型都有自己的独特的蛋白质组——这取决于细胞的功能是什么,它取决于时间点你测量细胞的蛋白质含量。项目,如公关和金钱投资的计画吸引了很多基因,所以这是一个耻辱,蛋白质组学将没有一个等价的“登月”项目。

伊曼纽尔Petricoin与莫莉坎贝尔说,科普作家、技术网络。188金宝搏备用