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意義重大的蛋白質(zhì)結(jié)晶

對(duì)“靜止”的蛋白質(zhì)進(jìn)行觀察，很多“疑難雜癥”都能浮出水面，蛋白質(zhì)晶體對(duì)于生命科學(xué)的研究具有重大意義。以今年年初爆發(fā)的新型冠狀病毒（2019-nCoV）為例，我國科學(xué)家就是利用病毒的水解酶與的復(fù)合物晶體成功解析了原子結(jié)構(gòu)，可為抗病毒的快速篩選和研發(fā)提供有力的工具。截止2020年1月1日，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫收錄了超過16萬個(gè)蛋白質(zhì)晶體的原子結(jié)構(gòu)信息，已經(jīng)滲透到了眾多領(lǐng)域，如藥學(xué)，醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，材料學(xué)等。目前，有9位科學(xué)家因解析蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。然而，讓蛋白質(zhì)結(jié)晶可不是一件容易的事情。在科學(xué)界，蛋白質(zhì)晶體的生長常常被認(rèn)為是“藝術(shù)”遠(yuǎn)多于“科學(xué)”，甚至有許多科學(xué)家為了晶體更好地結(jié)晶，開始有些“小”：比如把做好的結(jié)晶板放在車上開出去幾個(gè)小時(shí)，或是在晶體實(shí)驗(yàn)柜門上貼了兩只大恐龍貼紙……其實(shí)，這些“小”都反映出：蛋白質(zhì)晶體的結(jié)晶過程受到很多因素的影響，能夠有一顆完整的結(jié)晶是一件很困難的事情。想要獲得足夠質(zhì)量的晶體，尤其對(duì)新穎的、表征不佳的基因產(chǎn)物來說，通常是新結(jié)構(gòu)測定項(xiàng)目中困難也是耗時(shí)的步驟。

蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)發(fā)展的艱難歷程

科學(xué)家們研究蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)花費(fèi)了很長時(shí)間。1988年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予三位德國科學(xué)家，原因是三個(gè)人通力合作，在世界上解析了一種膜蛋白——菌光合反應(yīng)中心的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，它拉開了膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)的序幕，在生物學(xué)界影響非常大。之后，科學(xué)家們在基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域不斷取得新進(jìn)展，可以作為潛在靶向的蛋白質(zhì)的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增加，然而這些方法獲得有用晶體的成功率不足20%。

2011年，英國帝國理工學(xué)院和薩里大學(xué)的科學(xué)家們使用一種“分子印跡聚合物（MIPs）”的材料，研發(fā)出了一種更有效的制造蛋白質(zhì)晶體的方法。但是這種方法在結(jié)晶條件成分復(fù)雜，包含高鹽，，寬泛的酸堿區(qū)間等條件下，容易造成MIPs對(duì)蛋白質(zhì)的印記作用失效。科研不斷深入，技術(shù)不斷迭代，目前，應(yīng)用為廣泛的晶體制備方法當(dāng)屬規(guī)模篩選，比如高通量蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選，即從成百上千個(gè)溶液條件中篩選出適合結(jié)晶的條件。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前的高通量蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選的成功率僅為15.6%，嚴(yán)重制約了蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。缺乏、廣譜的蛋白晶體制備技術(shù)是目前結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究中的技術(shù)瓶頸。

近期，由深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒研究員課題組研發(fā)的一種蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選添加劑——人工晶種混懸液打破了技術(shù)桎梏。新法的應(yīng)用，能夠讓蛋白質(zhì)晶體的結(jié)晶更簡便，更科學(xué)，更完整。

蛋白結(jié)晶板研究

再用原子力顯微鏡,磷光成像儀,光密度儀或激光共聚焦掃描儀進(jìn)行檢測,獲得靶蛋白表達(dá)的種類,數(shù)量及關(guān)聯(lián)等信息.蛋白質(zhì)芯片已經(jīng)用于研究蛋白質(zhì)表達(dá)譜構(gòu)成及變化,蛋白質(zhì)與生物分子(蛋白質(zhì),核酸,配體等)的相互作用,抗原體篩選,酶與底物相互作用.蛋白質(zhì)芯片在醫(yī)學(xué)臨床診斷,分析和篩選方面具有潛在的重要應(yīng)用價(jià)值。

蛋白結(jié)晶板作用

隨著人類基因組測序計(jì)劃的完成 ,鑒定細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá),結(jié)構(gòu),功能及相互作用方式等成為后基因組時(shí)代的主要目標(biāo)之一.為此 ,需要高通量的蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)和方法.近年來出現(xiàn)的表面增強(qiáng)激光解吸 /電離，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是一種操作簡單 ,方便快捷 ,樣本需要量少 ,敏感性高 ,特異性強(qiáng)的高通量的研究蛋白組學(xué)的方法 ,在蛋白質(zhì)功能分析,標(biāo)志物篩選,研發(fā)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。