近日，承啟生物發(fā)布由其首席科學(xué)家、暨南大學(xué)張弓教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一種方便操作、超高精度蛋白質(zhì)全長測序方案，準(zhǔn)確率可達(dá)99-100%，刷新了迄今為止的世界紀(jì)錄。該方案使得蛋白質(zhì)測序?qū)嵱没?，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物安全、法醫(yī)物證等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
蛋白質(zhì)是由20種氨基酸組成的長鏈，是所有生命功能的實(shí)際執(zhí)行者。氨基酸序列決定著蛋白質(zhì)的功能，絕大多數(shù)疾病都是由于蛋白質(zhì)的異常而導(dǎo)致的。雖然絕大部分蛋白質(zhì)由基因轉(zhuǎn)錄翻譯而來，但許多機(jī)制可以使蛋白質(zhì)序列在這個(gè)過程中發(fā)生變化，一個(gè)基因可以產(chǎn)生少則一兩種、多則幾萬種不同的蛋白質(zhì)，因此對蛋白質(zhì)的序列進(jìn)行直接研究就尤為重要。
蛋白質(zhì)測序的精準(zhǔn)化和實(shí)用化，在許多領(lǐng)域可以產(chǎn)生前所未有的應(yīng)用。例如，利用蛋白質(zhì)測序比核酸測序更快速、更不容易被污染干擾的特點(diǎn)，癌癥、老年癡呆等重疾的早篩和診斷將變得更加快捷方便；遇到生物安全事件（如重大疫情）時(shí)，蛋白質(zhì)測序能幾個(gè)小時(shí)內(nèi)快速鎖定病原體，大幅縮短疫情初期明確病原體的周期，為應(yīng)對疫情爭取寶貴時(shí)間；抗體藥物研發(fā)過程中對篩選出的優(yōu)秀抗體進(jìn)行直接測序，將可以很快通過合成生物學(xué)方法大量生產(chǎn)這種抗體，大大縮短抗體藥物的研發(fā)周期；蛋白質(zhì)測序技術(shù)也可以輕松破解被國外壟斷的蛋白質(zhì)制劑，大幅度降低藥品價(jià)格；測定從環(huán)境中分離到的具有優(yōu)異特性的蛋白質(zhì)，如細(xì)菌真菌中降解各種污染物的酶，加以改造和工業(yè)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保低碳的發(fā)展目標(biāo)。
蛋白質(zhì)測序技術(shù)在1967年就已出現(xiàn)，這比基因測序技術(shù)早了約10年，然而現(xiàn)在基因測序技術(shù)已高度成熟發(fā)達(dá)，蛋白質(zhì)測序技術(shù)卻一直進(jìn)展緩慢，完整度低、精準(zhǔn)度低、成本高，導(dǎo)致蛋白質(zhì)測序一直沒有得到大范圍的應(yīng)用。這其中最 大的區(qū)別在于，DNA可以準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)制或互補(bǔ)配對，幾乎所有基因測序技術(shù)都基于此，而蛋白質(zhì)無法復(fù)制，也無法依據(jù)序列來配對。
張弓教授團(tuán)隊(duì)在基因測序方面深耕多年，其全自主開發(fā)的FANSe系列核酸測序算法是迄今為止穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性最 高的比對算法，同時(shí)具備很高的容錯(cuò)性。團(tuán)隊(duì)將基因組測序中的分步拼接和使用FANSe進(jìn)行高精度校正的思想移植到蛋白質(zhì)測序上，對蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析進(jìn)行了策略改進(jìn)，對同一樣品的多份質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行自我比對和校正，最終對蛋白質(zhì)全長序列的測序準(zhǔn)確度達(dá)到了空前的99-100%，甚至可以發(fā)現(xiàn)買來的標(biāo)準(zhǔn)品蛋白中存在著突變。在不同結(jié)構(gòu)特性的多個(gè)蛋白質(zhì)的測試中，一律能達(dá)到近乎完 美的全長測序結(jié)果，除非質(zhì)譜儀測不出原始數(shù)據(jù)。更令人欣喜的是，這個(gè)策略甚至能應(yīng)對質(zhì)量較差的、有污染的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同樣能穩(wěn)健地輸出準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)操作簡便，算法也大部分可自動化運(yùn)行，因此這種方法成本低、速度快、易于推廣。
正如基因測序精準(zhǔn)化、廉價(jià)化之后引發(fā)人類生活和產(chǎn)業(yè)的巨變一樣，蛋白質(zhì)測序精準(zhǔn)化、廉價(jià)化，將又一次給人類社會帶來巨變。
目前，這一蛋白質(zhì)測序方法的論文已在分析化學(xué)的權(quán)威期刊Analytical Chemistry上發(fā)表，算法可在承啟生物網(wǎng)站上免費(fèi)下載：http://chi-biotech.com/mucs/
參考資料：Highly Robust de Novo Full-Length Protein Sequencing, Anal. Chem. 2022, 94, 8, 3467–3475
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