发展中世界上第一个单分子蛋白质音序器

“基因组时代”看到众多的方法分析基因组的进步,和因此,遗传学研究进展飞速地自2003年人类基因组计划的完成。

的蛋白质组学、蛋白质组的细胞,组织或器官研究,已经有些落后,即由于巨大的技术挑战。下一代测序蛋白的出现是一个“新的推动从根本上不同的方法来识别和量化每一物种的蛋白质在复杂生物混合物,“使人盲目崇“缺口”Swaminathan, Erisyon告知188金宝搏备用在最近的一次采访中。

Swaminathan创始人之一Erisyon和研究员马克特实验室德克萨斯大学奥斯汀。Erisyon利用在几十年的德州大学蛋白质组学研究将世界上第一个商业化单分子蛋白质音序器。在这次采访,我们将讨论下一代蛋白质测序的概念,临床蛋白质组学和蛋白质的重要作用在对抗COVID-19测序。

莫莉·坎贝尔(MC):为我们的读者可能不熟悉,请您能扩大对下一代蛋白质测序是什么吗?

使人盲目崇Swaminathan (JS):下一代DNA测序引起一场革命在我们理解生物学的民主化无限量访问似乎非常高质量的基因组数据。下一代蛋白质测序是蛋白质组学的努力做同样的事情。

更具体一点,下一代蛋白质测序重新推动从根本上不同的方法来识别和量化每一物种的蛋白质在复杂生物混合物。fluorosequencing,我们的技术已经适应的内在特性单分子光学灵敏度和大规模并行架构的下一代DNA测序平台和成功带来了高灵敏度的特点,吞吐量和数字定量蛋白质组学。能够研究蛋白质的影响与一个类似的分辨率和保真度范围所有的生物研究和临床应用,从能够更好地理解导致帕金森氏症和老年痴呆症等疾病的早期诊断和更有效的癌症治疗。

我的本科工作以来我一直参与蛋白质组学在分析质谱(MS)数据和co-invented fluorosequencing技术与爱德华·马克特教授在我的研究生学习。曾在一个蛋白质组学实验室,看到一系列生物试图回答的问题,它变得非常明显,蛋白质科学是严重滞后于基因组学,特别是当它涉及到识别低丰富蛋白质,更重要的是,在量化。当然,还有一个原因DNA测序先进的速度比蛋白质测序。的重点是读取和复制DNA;一次PCR反应被发现我们可以放大低信号非常容易。没有模拟蛋白质。同样,只有五个基地我们需要确定DNA和RNA相互作用,而对于有21个氨基酸和蛋白质大量转化后的修改。这些只是几个巨大的挑战需要克服提供一个系统能够满足下一代DNA测序仪的性能。

我很自豪地说,我们已经取得了很大的进步在克服他们产生一个工作系统,提供许多的希望我们当我们开始这个项目。我同样兴奋的增长是应对这一挑战的科研界不可思议的创造力。去年9月2日单分子蛋白质测序在耶路撒冷举行会议,真的是太令人激动的看到所有人采取的方法解读蛋白质更好和更快。

莫莉·坎贝尔(MC):你能讨论现有技术相比,采用蛋白质组学分析技术,如质谱?

JS:当我们思考如何分析蛋白质,我们通常指的三种方法:关联分析、女士和RNA序列。

与单分子蛋白质测序,我们试图从每个借最好的特性。关联分析,在许多方面,临床和生物学研究的主力。怀孕从血液测试套件西方写就亲和力分析产生了数量惊人的关键数据。他们快速、廉价,可以特别敏感,就像一个亲和试剂抗体通常是捕获或测量单分子。不幸的是,他们的结果是定性的,很难测量多个蛋白质的丰富物种在同一试验。此外,关联分析偏置测试唯一能被发现的地方是你可以测试。这使得它非常很难进行普遍调查样本。

女士的黄金标准蛋白质分析。它真的是一个奇迹的物理的基础的三个诺贝尔奖,在我看来,可能值得发展的第四个OrbiTrap。非常精确的、公正的和可以提供几乎所有的组成蛋白质的丰度测量样本。然而,这并不是没有缺点。其中最主要的,至少对我来说,是女士需要足够的同质样本来填补其大约1000000个分子室。这是令人难以置信的限制,有很多重要的应用程序的示例浓度远低于基线。例如,为了识别抗原的表达在肿瘤样本,我们发现我们需要介于100和1 b细胞。的数量级比可以从临床肿瘤活检,像雕刻出一个季度为一个测试你的胰腺!

最后,核糖核酸测序已经成为最受欢迎的方法对蛋白质的分析。当然,敏感,大规模并行,并提供明确的量化每个分子的样本。不幸的是,它是一种间接测量蛋白质表达的相关性与实际测量是一种实质性的辩论。fluorosequencing技术是我们试图将最好的这些技术合并到一个平台:化验的特异性亲和力,女士的公正的分析和敏感性和量化的RNA序列的性质。

主持人:单分子蛋白质测序仪的功能如何推进生物制药研究呢?

JS:我们认为有意义和丰富的单分子蛋白质测序生物制药研究的机会。我们光几年我们20年前在理解健康和疾病,因为无处不在的下一代DNA / RNA测序的成功。我们的希望是单分子蛋白质测序可以推动我们的理解以类似的方式。

作为一个例子,我已经提到过的问题识别抗原的临床相关的样品浓度。这是一个真正的挑战immuno-oncology领域的关键是知道目标的身份对于任何t细胞受体(TCR)疗法也被雇佣。由于直接检测的敏感性远高于女士是什么从临床样本和亲和力化验中恢复过来,在最好的情况下,定性,目前的解决方案是使用先进的机器学习算法推断数据基于基因组和exomic签名患者的肿瘤。虽然这些方法交付成果显著,基本限制,因此引入临床风险,因为他们不直接检测抗原治疗的目标。

单分子蛋白质测序可以在这里进行干预,帮助研究人员更好地了解是什么,何时、何地和为什么某些目标表达导致更好的临床进展和成果。一个类似的机会存在于神经系统和中枢神经系统疾病的面积。这么多的使人衰弱的疾病如阿尔茨海默氏症、肌萎缩性侧索硬化症,帕金森症,在许多方面,疾病的转录后修饰,特别是磷酸化。阿尔茨海默氏症的特点之一,例如,hyper-phosphorylatedτ的原因被认为是τ的集聚。不幸的是,关联分析只能定性目标单一phospho-site,女士就很难检测磷酸化鉴于他们的偏见带电状态,并根据定义,转化后的修改不能检测到RNA序列。

在这种情况下,单分子蛋白质测序可以提供真正新颖的见解对这些疾病的进展和可能提供新的治疗靶点的领域,最近一直在处理一些惊人的挫折。

主持人:现在已经期待了好几年,当蛋白质组学技术将进入临床空间作为一个主流的分析和诊断工具。在你看来,这单分子蛋白质音序器的影响如何?

JS:好吧,我觉得有必要,蛋白质组学在诊所已经几十年了!抗体等工具面板和包含IHC染色都是我们的一些最好的分析和诊断工具和在一段时间内仍将是中流砥柱。

那就是说,我们绝对看到单分子蛋白质测序的机会进入临床工作流程。我们相信有丰富的诊断领域的机会我已经提到的,immuno-oncology和神经学,而且在液体活检对早期发现,病人的选择和分层更好的治疗决策,残余疾病的长期监测。提供更多的颜色,似乎每个星期我读一个绝对美丽,优雅,令人信服的纸已经确定一组蛋白质生物标记物与异常相关疾病状态,但最后我通常失望,因为他们需要的工具和技术为临床使用不符合必要的规范。

我认为这主要归结于两个挑战——(a)工作能力与临床相关的样本数量和(b)真正的定量。定量是临床研究的一个重要方面测量不同形式相同的蛋白质或其水平跨多个数量级(尤其是当样本数量低)目前挑战与现代方法。翻译研究实验室的观察相关临床设置要求这些关联变成强大的临床相关。

这就是为什么我们相信单分子蛋白质测序仪处理临床样本的能力和提供绝对量化为一个大组蛋白将是主力在临床空间。我们真诚的希望和信仰,一旦临床社区访问单分子蛋白质测序他们最终将能够利用创造性的突破,造福患者。

主持人:Eriyson正在第一单分子蛋白质音序器。你能告诉我们更多关于这种技术的现状吗?

JS:Erisyon正在努力证明商业化开发的概念,我们在我们的实验室和所描述的自然生物技术纸。公司目前正在努力设计仪器及其上游样品准备和下游分析。出版这部小说描述蛋白质组学样品制备过程目前正在审查和发表Biorxiv。我们也与合作者在不同领域的研究合作,推动新的应用程序。

主持人:请您能扩大的关键作用在对抗COVID-19蛋白质测序吗?你在这个空间进行什么研究?

JS:回答蛋白质测序的角色——在我看来,COVID-19,完美地阐明了达纳测序技术解决的问题(如病人测试)和蛋白质组学可以解决(疫苗开发和监测治疗或感染)。例如,至关重要,解决了突起蛋白的结构及其各种转录后修饰(如糖基化)映射任何治疗之前的发展,如疫苗,可以开始了。

MS和低温电子显微镜等技术被用来阐明结构和援助在开发和利用重组工程组织产生的蛋白质在大量实验室。然而,缩短时间来创建和工程师有效的抗体是至关重要的今天,这也许是我看到新技术对蛋白质测序相合。

直接编目spike-proteins及其各种转录后修饰的多样性从患者样本而不是依靠体外组织培养将产生一个更实际的了解病毒在野生环境中,从而为治疗提供最佳信息开发和临床试验期间减少时间和精力。

使人盲目崇Swaminathan, Erisyon联合创始人兼研究员马克特实验室,莫莉坎贝尔说,科普作家、技术网络。188金宝搏备用