史上首次定量檢測(cè)完整人類(lèi)蛋白質(zhì)組

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和美國(guó)系統(tǒng)生物學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出靶向識(shí)別和可重復(fù)地定量預(yù)測(cè)的人類(lèi)蛋白質(zhì)組中所有蛋白質(zhì)的高度特異性質(zhì)譜檢測(cè)方法匯編目錄，包括許多剪接變異體、非同義突變和翻譯后修飾。利用一種被稱作選擇性反應(yīng)監(jiān)控的技術(shù)，研究人員利用166174種已被充分了解的化學(xué)合成蛋白特征性肽開(kāi)發(fā)出這些檢測(cè)方法。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年7月28日cell期刊上。論文第一作者為來(lái)自美國(guó)系統(tǒng)生物學(xué)研究所的博士。論文通信作者為來(lái)自美國(guó)系統(tǒng)生物學(xué)研究所的教授和來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的教授。這將?將有助于公平地開(kāi)展重點(diǎn)的、假設(shè)驅(qū)動(dòng)的和大型蛋白質(zhì)組規(guī)模的研究。研究人員期待這一資源將極大地加快基于蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室生物學(xué)發(fā)展從而有助理解疾病轉(zhuǎn)化和健康軌跡，這是因?yàn)槿缃裨诶碚撋夏軌蜩b定和定量檢測(cè)出任何樣品中的任何人類(lèi)蛋白。能夠可靠地和可重復(fù)性地檢測(cè)任何組織或細(xì)胞類(lèi)型的人類(lèi)蛋白質(zhì)組中的任何一種蛋白在理解系統(tǒng)層次的性質(zhì)以及正常生理下和患病時(shí)的特異性途徑方面引發(fā)變革。在教授實(shí)驗(yàn)室中，研究團(tuán)隊(duì)能夠利用srm方法產(chǎn)生并驗(yàn)證了一種由高度特異性地靶向蛋白質(zhì)組檢測(cè)方法組成的匯編目錄，而且通過(guò)這種廣泛獲取的、靈敏的和強(qiáng)健的靶向質(zhì)譜方法srm，能夠定量檢測(cè)20，277種已被標(biāo)注的人類(lèi)蛋白中的99.7%。這種人類(lèi)提供明確的檢測(cè)坐標(biāo)來(lái)確定性地鑒別生物樣品中蛋白質(zhì)特征性的肽。盡管2003年，人們成功地了完成人類(lèi)基因組計(jì)劃，構(gòu)建出所有人類(lèi)基因的目錄，但是大多數(shù)蛋白質(zhì)研究仍然聚焦在在繪制出人類(lèi)基因組圖譜之前科學(xué)家們研究的蛋白中相對(duì)較小的一部分蛋白上。若要超越這種停滯不前的蛋白質(zhì)-基因組學(xué)研究方法，就應(yīng)需要為幾乎每種人類(lèi)蛋白開(kāi)發(fā)高度特異性的檢測(cè)方法。利用人類(lèi)srmatlas等資源，測(cè)量任何一種人類(lèi)蛋白質(zhì)的前景如今變成現(xiàn)實(shí)。如今，人類(lèi)srmatlas提供已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的質(zhì)譜檢測(cè)方法，這些檢測(cè)方法是基于一種統(tǒng)一的一致的檢測(cè)人類(lèi)蛋白質(zhì)組中幾乎每種蛋白的過(guò)程開(kāi)發(fā)出的srm技術(shù)而開(kāi)發(fā)的。這些檢測(cè)方法可快速地用于系統(tǒng)生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究中以便高度靈敏地和高度選擇性地鑒定和定量檢測(cè)任何一種人類(lèi)蛋白，以及指導(dǎo)完整的蛋白質(zhì)圖譜繪制來(lái)了解它們的生物學(xué)功能。個(gè)人化醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)依賴于分子特征來(lái)監(jiān)控人們的健康狀態(tài)，提供信號(hào)來(lái)鑒定健康軌跡發(fā)生的變化，以及首先在臨床試驗(yàn)隨后在臨床實(shí)踐中提供信息來(lái)讓合適的患者匹配正確的藥物。這種人類(lèi)計(jì)劃穩(wěn)步地將蛋白組學(xué)推到前沿，并且為蛋白質(zhì)組學(xué)在癌癥登月計(jì)劃中發(fā)揮較大的作用添磚加瓦。

test_seq在蛋白質(zhì)組學(xué)中是什么

蛋白質(zhì)組學(xué)概念 隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施和推進(jìn)，生命科學(xué)研究已進(jìn)入了后基因組時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代，生命科學(xué)的主要研究對(duì)象是功能基因組學(xué)，包括結(jié)構(gòu)基因組研究和蛋白質(zhì)組研究等。盡管現(xiàn)在已有多個(gè)物 ...

一、蛋白質(zhì)組學(xué)概念

隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施和推進(jìn)，生命科學(xué)研究已進(jìn)入了后基因組時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代，生命科學(xué)的主要研究對(duì)象是功能基因組學(xué)，包括結(jié)構(gòu)基因組研究和蛋白質(zhì)組研究等。盡管現(xiàn)在已有多個(gè)物種的基因組被測(cè)序，但在這些基因組中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因組中所采用的策略，如基因芯片、SAGE等，都是從細(xì)胞中mRNA的角度來(lái)考慮的，其前提是細(xì)胞中mRNA的水平反映了蛋白質(zhì)表達(dá)的水平。但事實(shí)并不完全如此，從DNA、mRNA、蛋白質(zhì)，存在三個(gè)層次的調(diào)控，即轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控(Transcriptional control)，翻譯水平調(diào)控(Translational control)，翻譯后水平調(diào)控(Post-translational control )。從mRNA角度考慮，實(shí)際上僅包括了轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控，并不能全面代表蛋白質(zhì)表達(dá)水平。實(shí)驗(yàn)也證明，組織中mRNA豐度與蛋白質(zhì)豐度的相關(guān)性并不好，尤其對(duì)于低豐度蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，相關(guān)性更差。更重要的是，蛋白質(zhì)復(fù)雜的翻譯后修飾、蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位或遷移、蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用等則幾乎無(wú)法從mRNA水平來(lái)判斷。毋庸置疑，蛋白質(zhì)是生理功能的執(zhí)行者，是生命現(xiàn)象的直接體現(xiàn)者，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的研究將直接闡明生命在生理或病理?xiàng)l件下的變化機(jī)制。蛋白質(zhì)本身的存在形式和活動(dòng)規(guī)律，如翻譯后修飾、蛋白質(zhì)間相互作用以及蛋白質(zhì)構(gòu)象等問(wèn)題，仍依賴于直接對(duì)蛋白質(zhì)的研究來(lái)解決。雖然蛋白質(zhì)的可變性和多樣性等特殊性質(zhì)導(dǎo)致了蛋白質(zhì)研究技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比核酸技術(shù)要復(fù)雜和困難得多，但正是這些特性參與和影響著整個(gè)生命過(guò)程。

傳統(tǒng)的對(duì)單個(gè)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究的方式已無(wú)法滿足后基因組時(shí)代的要求。這是因?yàn)椋孩偕F(xiàn)象的發(fā)生往往是多因素影響的，必然涉及到多個(gè)蛋白質(zhì)。②多個(gè)蛋白質(zhì)的參與是交織成網(wǎng)絡(luò)的，或平行發(fā)生，或呈級(jí)聯(lián)因果。③在執(zhí)行生理功能時(shí)蛋白質(zhì)的表現(xiàn)是多樣的、動(dòng)態(tài)的，并不象基因組那樣基本固定不變。因此要對(duì)生命的復(fù)雜活動(dòng)有全面和深入的認(rèn)識(shí)，必然要在整體、動(dòng)態(tài)、網(wǎng)絡(luò)的水平上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究。因此在上世紀(jì)90年代中期，國(guó)際上產(chǎn)生了一門(mén)新興學(xué)科-蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)，它是以細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動(dòng)方式為研究對(duì)象?？梢哉f(shuō)蛋白質(zhì)組研究的開(kāi)展不僅是生命科學(xué)研究進(jìn)入后基因組時(shí)代的里程碑，也是后基因組時(shí)代生命科學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。

國(guó)際上蛋白質(zhì)組研究進(jìn)展十分迅速，不論基礎(chǔ)理論還是技術(shù)方法，都在不斷進(jìn)步和完善。相當(dāng)多種細(xì)胞的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)建立，相應(yīng)的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)站也層出不窮。1996年，澳大利亞建立了世界上第一個(gè)蛋白質(zhì)組研究中心：Australia Proteome Analysis Facility(APAF)。丹麥、加拿大、日本也先后成立了蛋白質(zhì)組研究中心。在美國(guó)，各大藥廠和公司在巨大財(cái)力的支持下，也紛紛加入蛋白質(zhì)組的研究陣容。去年在瑞士成立的GeneProt公司，是由以蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)“SWISSPROT” 著稱的蛋白質(zhì)組研究人員成立的，以應(yīng)用蛋白質(zhì)組技術(shù)開(kāi)發(fā)新藥物靶標(biāo)為目的，建立了配備有上百臺(tái)質(zhì)譜儀的高通量技術(shù)平臺(tái)。2001年4月，在美國(guó)成立了國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組研究組織(Human Proteome Organization, HUPO),隨后歐洲、亞太地區(qū)都成立了區(qū)域性蛋白質(zhì)組研究組織，試圖通過(guò)合作的方式，融合各方面的力量，完成HGP。

人類(lèi)基因組計(jì)劃

分類(lèi):醫(yī)療健康
問(wèn)題描述:

人類(lèi)基因組計(jì)劃現(xiàn)在進(jìn)行的怎么樣了?自從宣布人類(lèi)基因組草圖繪制完成后,就很久沒(méi)聽(tīng)到這方面的報(bào)道了

解析:

■人類(lèi)基因組計(jì)劃的研究現(xiàn)狀與展望------發(fā)表日期：2004年3月30日

一、研究現(xiàn)狀

1、人類(lèi)基因組測(cè)序

1990年～1998年，人類(lèi)基因組序列已完成和正在測(cè)序的共計(jì)約330Mb，占人基因組的11％左右；已識(shí)別出人類(lèi)疾病相關(guān)的基因200個(gè)左右。此外，細(xì)菌、古細(xì)菌、支原體和酵母等17種生物的全基因組的測(cè)序已經(jīng)完成。

值得一提的是，企業(yè)與研究部門(mén)的攜手，將大大地促進(jìn)測(cè)序工作的完成。美國(guó)的基因組研究所（The Institute of Genome Research, TIGR）與PE（Perkin-Elmar）公司合作建立新公司，三年內(nèi)投資2億美元，預(yù)計(jì)于2002年完成全序列的測(cè)定。這一進(jìn)度將比美國(guó) *** 資助的HGP的預(yù)定目標(biāo)提前三年。美國(guó)加州的一家遺傳學(xué)數(shù)據(jù)公司(Incyte)宣布（1998年〕，兩年內(nèi)測(cè)定基因組中的蛋白質(zhì)編碼序列以及密碼子中的單核苷酸的多態(tài)性，最后將繪制一幅人的10萬(wàn)個(gè)基因的定位圖。與Incyte公司合作的HGS（Human Genome Science）公司的負(fù)責(zé)人宣稱，截止1998年8月，該公司已鑒定出10萬(wàn)多個(gè)基因（人體基因約為12萬(wàn)個(gè)），并且得到了95％以上基因的EST（expressed sequence tag）或其部分序列。

1998年9月14日美國(guó)國(guó)家人類(lèi)基因組計(jì)劃研究所（NHGRI）和美國(guó)能源部基因組研究計(jì)劃的負(fù)責(zé)人在一次咨詢會(huì)議上宣布，美國(guó) *** 資助的人類(lèi)基因組計(jì)劃將于2001年完成大部分蛋白質(zhì)編碼區(qū)的測(cè)序，約占基因組的三分之一，測(cè)序的差錯(cuò)率不超過(guò)萬(wàn)分之一。同時(shí)還要完成一幅“工作草圖”，至少覆蓋基因組的90％，差錯(cuò)率為百分之一。2003年完成基因組測(cè)序，差錯(cuò)率為萬(wàn)分之一。這一時(shí)間表顯示，計(jì)劃將比開(kāi)始的目標(biāo)提前兩年完成。

2、疾病基因的定位克隆

人類(lèi)基因組計(jì)劃的直接動(dòng)因是要解決包括腫瘤在內(nèi)的人類(lèi)疾病的分子遺傳學(xué)問(wèn)題。6000多個(gè)單基因遺傳病和多種大面積危害人類(lèi)健康的多基因遺傳病的致病基因及相關(guān)基因，代表了對(duì)人類(lèi)基因中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的組成部分。所以，疾病基因的克隆在HGP中占據(jù)著核心位置，也是計(jì)劃實(shí)施以來(lái)成果最顯著的部分。

在遺傳和物理作圖工作的帶動(dòng)下，疾病基因的定位、克隆和鑒定研究已形成了，從表位→蛋白質(zhì)→基因的傳統(tǒng)途徑轉(zhuǎn)向“反求遺傳學(xué)”或“定位克隆法”的全新思路。隨著人類(lèi)基因圖的構(gòu)成，3000多個(gè)人類(lèi)基因已被精確地定位于染色體的各個(gè)區(qū)域。今后，一旦某個(gè)疾病位點(diǎn)被定位，就可以從局部的基因圖中遴選出相關(guān)基因進(jìn)行分析。這種被稱為“定位候選克隆”的策略，將大大提高發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。

3、多基因病的研究

目前，人類(lèi)疾病的基因組學(xué)研究已進(jìn)入到多基因疾病這一難點(diǎn)。由于多基因疾病不遵循孟德?tīng)栠z傳規(guī)律，難以從一般的家系遺傳連鎖分析取得突破。這方面的研究需要在人群和遺傳標(biāo)記的選擇、數(shù)學(xué)模型的建立、統(tǒng)計(jì)方法的 改進(jìn)等方面進(jìn)行艱苦的努力。近來(lái)也有學(xué)者提出，用比較基因表達(dá)譜的方法來(lái)識(shí)別疾病狀態(tài)下基因的激活或受抑。實(shí)際上，“癌腫基因組解剖學(xué)計(jì)劃（Cancer Genome Anatomy Project,CGAP”就代表了在這方面的嘗試。

4、中國(guó)的人類(lèi)基因組研究

國(guó)際HGP 研究的飛速發(fā)展和日趨激烈的基因搶奪戰(zhàn)已引起了中國(guó) *** 和科學(xué)界的高度重視。在 *** 的資助和一批高水平的生命科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)下，我國(guó)已建成了一批實(shí)力較強(qiáng)的國(guó)家級(jí)生命科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，組建了北京、上海人類(lèi)基因組研究中心。有了研究人類(lèi)基因組的條件和基礎(chǔ)，并引進(jìn)和建立了一批基因組研究中的新技術(shù)。中國(guó)的HGP在多民族基因保存、基因組多樣性的比較研究方面取得了令人滿意的成果，同時(shí)在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了較大進(jìn)展。

首先建立了寡核苷酸引物介導(dǎo)的人類(lèi)高分辨染色體顯微切割和顯微基因克隆技術(shù)；已建立的17種染色體特異性DNA文庫(kù)和24種染色體區(qū)特異性DNA文庫(kù)及其探針；構(gòu)建了人X染色體YAC圖譜，已完成了人X染色體Xp11.2-p21.3跨度的約35cM STS－YAC圖譜的構(gòu)建；建立了YAC－cDNA篩選技術(shù)。

目前的研究工作還包括: 疾病和功能相關(guān)新基因的分離、測(cè)序和克隆的技術(shù)和方法學(xué)的創(chuàng)新研究；中國(guó)少數(shù)民族HLA分型研究及特種基因的分析； 人胎腦cDNA文庫(kù)的構(gòu)建和新基因的克隆研究。

中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，有56 個(gè)民族和極為豐富的病種資源，并且由于長(zhǎng)期的社會(huì)封閉，在一些地區(qū)形成了極為難得的族群和遺傳隔離群，一些多世代、多個(gè)體的大家系具有典型的遺傳性狀，這些都是克隆相關(guān)基因的寶貴材料。但是，由于我國(guó)的HGP 研究工作起步較晚、底子薄、資金投入不足，缺乏一支穩(wěn)定的、高素質(zhì)的青年生力軍， 我國(guó)的HGP 研究工作與國(guó)外近年來(lái)的驚人發(fā)展速度相比，差距還很大，并且有進(jìn)一步加大的危險(xiǎn)。如果我們?cè)谶@場(chǎng)基因爭(zhēng)奪戰(zhàn)中不能堅(jiān)守住自己的陣地，那么在21 世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)中我們又將處于被動(dòng)地位：我們不能自由地應(yīng)用基因診斷和基因治療的權(quán)力，我們不能自由地進(jìn)行生物藥物的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)，我們亦不能自由地推動(dòng)其他基因相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、展望

1、生命科學(xué)工業(yè)的形成

由于基因組研究與制藥、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)、食品、化學(xué)、化妝品、環(huán)境、能源和計(jì)算機(jī)等工業(yè)部門(mén)密切相關(guān)，更重要的是基因組的研究可以轉(zhuǎn)化為巨大的生產(chǎn)力，國(guó)際上一批大型制藥公司和化學(xué)工業(yè)公司大規(guī)模紛紛投巨資進(jìn)軍基因組研究領(lǐng)域，形成了一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)部門(mén)，即生命科學(xué)工業(yè)。

世界上一些大的制藥集團(tuán)紛紛投資建立基因組研究所。Ciba-Geigy 和Ssandoz合資組建了Novartis 公司，并斥資2.5億美元建立研究所，開(kāi)展基因組研究工作。Smith Kline 公司花1.25億美元加快測(cè)序的進(jìn)度，將藥物開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的25％建立在基因組學(xué)之上。Glaxo-Welle 在基因組研究領(lǐng)域投入4，700萬(wàn)美元，將研究人員增加了一倍。

大型化學(xué)工業(yè)公司向生命科學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)軌。孟山都公司早在1985年就開(kāi)始轉(zhuǎn)向生命科學(xué)工業(yè)。至1997年，該公司向生物技術(shù)和基因組研究的投入已高達(dá)66億美元。1998年4月，杜邦公司宣布改組成三個(gè)實(shí)業(yè)單位，由生命科學(xué)領(lǐng)頭。1998年5月，該公司又宣布放棄能源公司Conaco，將其改造成一家生命科學(xué)公司。Dow化學(xué)公司用9億美元購(gòu)入Eli Lilly公司40％的股票，從事谷物和食品研究，后又成立了生命科學(xué)公司。Hoechst公司則出售了它的基本化學(xué)品部門(mén)，轉(zhuǎn)項(xiàng)投資生物技術(shù)和制藥。

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和食品部門(mén)也出現(xiàn)了向生物技術(shù)和制藥合并的趨勢(shì)。Genzyme Transgenics 公司培養(yǎng)出的基因工程羊能以較高的產(chǎn)量生產(chǎn)抗凝血酶III，一群羊的酶產(chǎn)量相當(dāng)于投資1.15億美元工廠的產(chǎn)量。據(jù)估計(jì)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)的藥物成本是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)法的十分之一。一些公司還在研究生產(chǎn)能抗骨質(zhì)疏松的谷物，以及大規(guī)模生產(chǎn)和加工基因工程食品。

能源、采礦和環(huán)境工業(yè)也已在分子水平上向基因組研究匯合。例如，用產(chǎn)甲烷菌Methanobacterium 作為一種新能源。用抗輻射的細(xì)菌Deinococcus radiodurans清除放射性物質(zhì)的污染，并在轉(zhuǎn)入tod基因后，在高輻射環(huán)境下清除多種有害化學(xué)物質(zhì)的污染。

2、功能基因組學(xué)

人類(lèi)基因組計(jì)劃當(dāng)前的整體發(fā)展趨勢(shì)是什么？一方面，在順利實(shí)現(xiàn)遺傳圖和物理圖的制作后，結(jié)構(gòu)基因組學(xué)正在向完成染色體的完整核酸序列圖的目標(biāo)奮進(jìn)。另一方面，功能基因組學(xué)已提上議事日程。人類(lèi)基因組計(jì)劃已開(kāi)始進(jìn)入由結(jié)構(gòu)基因組學(xué)向功能基因組學(xué)過(guò)渡、轉(zhuǎn)化的過(guò)程。在功能基因組學(xué)研究中，可能的核心問(wèn)題有：基因組的表達(dá)及其調(diào)控、基因組的多樣性、模式生物體基因組研究等。

（1）基因組的表達(dá)及其調(diào)控

1）基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜及其調(diào)控的研究

一個(gè)細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平能夠精確而特異地反映其類(lèi)型、發(fā)育階段以及反應(yīng)狀態(tài)，是功能基因組學(xué)的主要內(nèi)容之一。為了能夠全面地評(píng)價(jià)全部基因的表達(dá)，需要建立全新的工具系統(tǒng)，其定量敏感性水平應(yīng)達(dá)到小于1個(gè)拷貝/細(xì)胞，定性敏感性應(yīng)能夠區(qū)分剪接方式，還須達(dá)到檢測(cè)單細(xì)胞的能力。近年來(lái)發(fā)展的DNA微陣列技術(shù)，如DNA芯片，已有可能達(dá)到這一目標(biāo)。

研究基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)不僅是為了獲得全基因組表達(dá)的數(shù)據(jù)，以作為數(shù)學(xué)聚類(lèi)分析。關(guān)鍵問(wèn)題是要解析控制整個(gè)發(fā)育過(guò)程或反應(yīng)通路的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)概念對(duì)于生理和病理?xiàng)l件下的基因表達(dá)調(diào)控都是十分重要的。一方面，大多數(shù)細(xì)胞中基因的產(chǎn)物都是與其它基因的產(chǎn)物互相作用的；另一方面，在發(fā)育過(guò)程中大多數(shù)的基因產(chǎn)物都是在多個(gè)時(shí)間和空間表達(dá)并發(fā)揮其功能，形成基因表達(dá)的多效性。在一個(gè)意義上，每個(gè)基因的表達(dá)模式只有放到它所在的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的大背景下，才會(huì)有真正的意義。進(jìn)行這方面的研究，有必要建立高通量的小鼠胚胎原位雜交技術(shù)。

2）蛋白質(zhì)組學(xué)研究

蛋白質(zhì)組學(xué)研究是要從整體水平上研究蛋白質(zhì)的水平和修飾狀態(tài)。目前正在發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的二維蛋白質(zhì)凝膠電泳的工作體系。首先用一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提取人類(lèi)細(xì)胞的蛋白質(zhì)，繼而用色譜儀進(jìn)行部分分離，將每區(qū)段中的蛋白質(zhì)裂解，再用質(zhì)譜儀分析，并在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)特征分析來(lái)認(rèn)識(shí)產(chǎn)生的多肽。

蛋白質(zhì)組研究的另一個(gè)重要內(nèi)容是建立蛋白質(zhì)相互關(guān)系的目錄。生物大分子之間的相互作用構(gòu)成了生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。組裝基因組各成分間的詳盡作圖已在T7噬菌體（55個(gè)基因）獲得成功。如何在模式生物（如酵母）和人類(lèi)基因組的研究中建立自動(dòng)方法，認(rèn)識(shí)不同的生化通路，是值得探討的問(wèn)題。

3）生物信息學(xué)的應(yīng)用

目前，生物信息學(xué)已大量應(yīng)用于基因的發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)。然而，利用生物信息學(xué)去發(fā)現(xiàn)基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能更為重要。模式生物體中越來(lái)越多的蛋白質(zhì)構(gòu)建編碼單位被識(shí)別，無(wú)疑為基因和蛋白質(zhì)同源關(guān)系的搜尋和家族的分類(lèi)提供了極其寶貴的信息。同時(shí)，生物信息學(xué)的算法、程序也在不斷改善，使得不僅能夠從一級(jí)結(jié)構(gòu)，也能從估計(jì)結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)同源關(guān)系。但是，利用計(jì)算機(jī)模擬所獲得的理論數(shù)據(jù)，還需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)的驗(yàn)證和修正。

（2）基因組多樣性的研究

人類(lèi)是一個(gè)具有多態(tài)性的群體。不同群體和個(gè)體在生物學(xué)性狀以及在對(duì)疾病的易感性與抗性上的差別，反映了進(jìn)化過(guò)程中基因組與內(nèi)、外部環(huán)境相互作用的結(jié)果。開(kāi)展人類(lèi)基因組多樣性的系統(tǒng)研究，無(wú)論對(duì)于了解人類(lèi)的起源和進(jìn)化，還是對(duì)于生物醫(yī)學(xué)均會(huì)產(chǎn)生重大的影響。

1）對(duì)人類(lèi)DNA的再測(cè)序

可以預(yù)測(cè)，在完成第一個(gè)人類(lèi)基因組測(cè)序后，必然會(huì)出現(xiàn)對(duì)各人種、群體進(jìn)行再測(cè)序和精細(xì)基因分型的熱潮。這些資料與人類(lèi)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)的資料項(xiàng)結(jié)合，將有可能建立一個(gè)全人類(lèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，從而更好地了解人類(lèi)的歷史和自身特征。另外，基因組多樣性的研究將成為疾病基因組學(xué)的主要內(nèi)容之一，而群體遺傳學(xué)將日益成為生物醫(yī)藥研究中的主流工具。需要對(duì)各種常見(jiàn)多因素疾?。ㄈ绺哐獕骸⑻悄虿『途穹至寻Y等）的相關(guān)基因及癌腫相關(guān)基因在基因組水平進(jìn)行大規(guī)模的再測(cè)序，以識(shí)別其變異序列。

2）對(duì)其它生物的測(cè)序

對(duì)進(jìn)化過(guò)程各個(gè)階段的生物進(jìn)行系統(tǒng)的比較DNA測(cè)序，將揭開(kāi)生命35億年的進(jìn)化史。這樣的研究不僅能勾畫(huà)出一張?jiān)敱M的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，而且將顯示進(jìn)化過(guò)程中最主要的變化所發(fā)生的時(shí)間及特點(diǎn)，比如新基因的出現(xiàn)和全基因組的復(fù)制。

認(rèn)識(shí)不同生物中基因序列的保守性，將能夠使我們有效地認(rèn)識(shí)約束基因及其產(chǎn)物的功能性的因素。對(duì)序列差異性的研究則有助于認(rèn)識(shí)產(chǎn)生大自然多樣性的基礎(chǔ)。在不同生物體之間建立序列變異與基因表達(dá)的時(shí)空差異之間的相關(guān)性，將有助于揭示基因的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（3）開(kāi)展對(duì)模式生物體的研究

1）比較基因組研究

在人類(lèi)基因組的研究中，模式生物體的研究占有極其重要的地位。盡管模式生物體的基因組的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是它們的核心細(xì)胞過(guò)程和生化通路在很大程度上是保守的。這項(xiàng)研究的意義是：1〕有助于發(fā)展和檢驗(yàn)新的相關(guān)技術(shù)，如大規(guī)模測(cè)序、大規(guī)模表達(dá)譜檢驗(yàn)、大規(guī)模功能篩選等；2〕通過(guò)比較和鑒定，能夠了解基因組的進(jìn)化，從而加速對(duì)人類(lèi)基因組結(jié)構(gòu)和功能的了解；3〕模式生物體間的比較研究，為闡明基因表達(dá)機(jī)制提供了重要的線索。

目前對(duì)于基因組總體結(jié)構(gòu)組成方面的知識(shí)，主要來(lái)源于模式生物體的基因組序列分析。通過(guò)對(duì)不同物種間基因調(diào)控序列的計(jì)算機(jī)分析，已發(fā)現(xiàn)了一定比例的保守性核心調(diào)控序列。根據(jù)這些序列建立的表達(dá)模式數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)破譯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了必要的條件。

2）功能缺失突變的研究

識(shí)別基因功能最有效的方法，可能是觀察基因表達(dá)被阻斷后在細(xì)胞和整體所產(chǎn)生的表型變化。在這方面，基因剔除方法（knock-out）是一項(xiàng)特別有用的工具。目前。國(guó)際上已開(kāi)展了對(duì)酵母、線蟲(chóng)和果蠅的大規(guī)模功能基因組學(xué)研究，其中進(jìn)展最快的是酵母。歐共體為此專門(mén)建立了一個(gè)稱為EUROFAN(European Functional Analysis Neork)的研究網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)、加拿大和日本也啟動(dòng)了類(lèi)似的計(jì)劃。

隨著線蟲(chóng)和果蠅基因組測(cè)序的完成，將來(lái)也可能開(kāi)展對(duì)這兩種生物的類(lèi)似性研究。一些突變株系和技術(shù)體系建立后，不僅能夠成為研究單基因功能的有效手段，而且為研究基因冗余性和基因間的相互作用等深層次問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。小鼠作為哺乳動(dòng)物中的代表性模式生物，在功能基因組學(xué)的研究中展有特殊的地位。同源重組技術(shù)可以破壞小鼠的任何一個(gè)基因，這種方法的缺點(diǎn)是費(fèi)用高。利用點(diǎn)突變、缺失突變和插入突變?cè)斐傻碾S機(jī)突變是另一中可能的途徑。對(duì)于人體細(xì)胞而言，建立反義寡核苷酸和核酶瞬間阻斷基因表達(dá)的體系可能更加合適。蛋白質(zhì)水平的剔除術(shù)也許是說(shuō)明基因功能最有力的手段。利用組合化學(xué)方法有望生產(chǎn)出化學(xué)剔除試劑，用于激活或失活各種蛋白質(zhì)。

總之，模式生物體的基因組計(jì)劃為人類(lèi)基因組的研究提供了大量的信息。今后，模式生物體的研究方向是將人類(lèi)基因組8～10萬(wàn)個(gè)編碼基因的大部分轉(zhuǎn)化為已知生化功能的多成分核心機(jī)制。而要獲得酶一種人類(lèi)進(jìn)化保守性核心機(jī)制的精細(xì)途徑，以及它們的紊亂導(dǎo)致疾病的各種途徑的知識(shí)，將只能來(lái)自對(duì)人類(lèi)自身的研究。

通過(guò)功能基因組學(xué)的研究，人類(lèi)最終將將能夠了解哪些進(jìn)化機(jī)制已經(jīng)確實(shí)發(fā)生，并考慮進(jìn)化過(guò)程還能夠有哪些新的潛能。一種新的解答發(fā)育問(wèn)題的方法可能是，將蛋白質(zhì)功能域和調(diào)控順序進(jìn)行重新的組合，建立新的基因網(wǎng)絡(luò)和形態(tài)發(fā)生通路。也就是說(shuō)，未來(lái)的生物科學(xué)不僅能夠認(rèn)識(shí)生物體是如何構(gòu)成和進(jìn)化的，而且更為誘人的是產(chǎn)生構(gòu)建新的生物體的可能潛力。

蛋白質(zhì)組的技術(shù)原理

雙向凝膠電泳技術(shù)(2-DE)
雙向凝膠電泳技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的研究蛋白質(zhì)組學(xué)的方法。雙向凝膠電泳技術(shù)利用蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)和分子量差別將各種蛋白質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)。雖然二維凝膠電泳難以辨別低豐度蛋白，對(duì)操作要求也較高，但其通量高、分辨率和重復(fù)性好以及可與質(zhì)譜聯(lián)用的特點(diǎn)，使其成為目前最流行、可靠的蛋白質(zhì)組研究手段。雙向凝膠電泳技術(shù)及質(zhì)譜基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究程序?yàn)闃悠分苽洹入娋劢埂郾０纺z電泳→凝膠染色→挖取感興趣的蛋白質(zhì)點(diǎn)→膠內(nèi)酶切→質(zhì)譜分析確定肽指紋圖譜或部分氨基酸序列→利用數(shù)據(jù)庫(kù)確定蛋白。蛋白質(zhì)組研究要求有高分辨率的蛋白質(zhì)分離及準(zhǔn)確、靈敏的質(zhì)譜鑒定技術(shù)。凝膠電泳中蛋白質(zhì)的著色不僅影響蛋白質(zhì)分離的分辨率，同時(shí)也影響后續(xù)的質(zhì)譜鑒定。蛋白質(zhì)的染色可分為有機(jī)試劑染色、銀染、熒光染色及同位素顯色四類(lèi)。
Unlu 等提出了一種熒光差異顯示雙向電泳(F-2D-DIGE)的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法。差異凝膠電泳(DIGE)是對(duì)2-DE 在技術(shù)上的改進(jìn)，結(jié)合了多重?zé)晒夥治龅姆椒?，在同一塊膠上共同分離多個(gè)分別由不同熒光標(biāo)記的樣品，并第一次引入了內(nèi)標(biāo)的概念。兩種樣品中的蛋白質(zhì)采用不同的熒光標(biāo)記后混合，進(jìn)行2-DE，用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)在兩種樣品中表達(dá)情況，極大地提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性和可重復(fù)性。在DIGE技術(shù)中，每個(gè)蛋白點(diǎn)都有它自己的內(nèi)標(biāo)，并且軟件可全自動(dòng)根據(jù)每個(gè)蛋白點(diǎn)的內(nèi)標(biāo)對(duì)其表達(dá)量進(jìn)行校準(zhǔn)，保證所檢測(cè)到的蛋白豐度變化是真實(shí)的。DIGE 技術(shù)已經(jīng)在各種樣品中得到應(yīng)用。
高效液相色譜技術(shù)(HPLC)
盡管二維凝膠電泳（2-DE）是常用的對(duì)全蛋白組的分析方法，但其存在分離能力有限、存在歧視效應(yīng)、操作程序復(fù)雜等缺陷。對(duì)于分析動(dòng)態(tài)范圍大、低豐度以及疏水性蛋白質(zhì)的研究往往很難得到滿意的結(jié)果。Chong 等使用HPLC/ 質(zhì)譜比較分析惡性腫瘤前和癌癥兩種蛋白質(zhì)差異表達(dá)。利用HPLC 分離蛋白質(zhì)，并用MALDI-TOF-MS鑒定收集的組分，從而在兩種細(xì)胞中的差異表達(dá)中對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定量分析。多維液相色譜作為一種新型分離技術(shù)，不存在相對(duì)分子質(zhì)量和等電點(diǎn)的限制，通過(guò)不同模式的組合，消除了二維凝膠電泳的歧視效應(yīng)，具有峰容量高、便于自動(dòng)化等特點(diǎn)。二維離子交換-反相色譜(2D-IEC-RPLC)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中最常用的多維液相色譜分離系統(tǒng)。
飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)
表面增強(qiáng)激光解吸離子化飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)于2002 年由諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主田中發(fā)明，剛剛產(chǎn)生便引起學(xué)術(shù)界的高度重視。SELDI 技術(shù)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中比較理想的技術(shù)平臺(tái)，其全稱是表面增強(qiáng)激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(SELDI-tof)。其方法主要如下：通常情況下將樣品經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的預(yù)處理后直接滴加到表面經(jīng)過(guò)特殊修飾的芯片上，既可比較兩個(gè)樣品之間的差異蛋白，也可獲得樣品的蛋白質(zhì)總覽。因此，在應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。SELDI 技術(shù)分析的樣品不需用液相色譜或氣相色譜預(yù)先純化，因此可用于分析復(fù)雜的生物樣品。SELDI 技術(shù)可以分析疏水性蛋白質(zhì)，PI 過(guò)高或過(guò)低的蛋白質(zhì)以及低分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)( < 25 000) ，還可以發(fā)現(xiàn)在未經(jīng)處理的樣品中許多被掩蓋的低濃度蛋白質(zhì)，增加發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物的機(jī)會(huì)。SELDI 技術(shù)只需少量樣品，在較短時(shí)間內(nèi)就可以得到結(jié)果，且試驗(yàn)重復(fù)性好，適合臨床診斷及大規(guī)模篩選與疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，特別是它可直接檢測(cè)不經(jīng)處理的尿液、血液、腦脊液、關(guān)節(jié)腔滑液、支氣管洗出液、細(xì)胞裂解液和各種分泌物等， 從而可檢測(cè)到樣品中目標(biāo)蛋白質(zhì)的分子量、PI、糖基化位點(diǎn)、磷酸化位點(diǎn)等參數(shù)。
同位素標(biāo)記親和標(biāo)簽(ICAT)技術(shù)
同位素親和標(biāo)簽技術(shù)是一種用于蛋白質(zhì)分離分析技術(shù)，此技術(shù)是蛋白質(zhì)組研究技術(shù)中的核心技術(shù)之一。該技術(shù)用具有不同質(zhì)量的同位素親和標(biāo)簽( ICATs) 標(biāo)記處于不同狀態(tài)下的細(xì)胞中的半胱氨酸，利用串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)混合的樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析。來(lái)自兩個(gè)樣品中的同一類(lèi)蛋白質(zhì)會(huì)形成易于辨識(shí)比較的兩個(gè)不同的峰形，能非常準(zhǔn)確的比較出兩份樣品蛋白質(zhì)表達(dá)水平的不同。ICAT 的好處在于它可以對(duì)混合樣品直接測(cè)試；能夠快速定性和定量鑒定低豐度蛋白質(zhì)，尤其是膜蛋白等疏水性蛋白等；還可以快速找出重要功能蛋白質(zhì)。
由于采用了一種全新的ICAT試劑，同時(shí)結(jié)合了液相色譜和串聯(lián)質(zhì)譜，因此不但明顯彌補(bǔ)了雙向電泳技術(shù)的不足，同時(shí)還使高通量、自動(dòng)化蛋白質(zhì)組分析更趨簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確和快速，代表著蛋白質(zhì)組分析技術(shù)的主要發(fā)展方向。針對(duì)磷酸化蛋白分析以及與固相技術(shù)相結(jié)合ICAT技術(shù)本身又取得了許多有意義的進(jìn)展，已形成ICA T 系列技術(shù)。
生物信息學(xué)技術(shù)
生物信息學(xué)在生命科學(xué)研究中起著越來(lái)越重要的作用。利用生物信息學(xué)對(duì)蛋白質(zhì)組的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，也是蛋白質(zhì)組研究的重要內(nèi)容。生物信息學(xué)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中不可缺少的一部分。生物信息學(xué)的發(fā)展，已不僅是單純的對(duì)基因組、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的分析，而且可以對(duì)已知的或新的基因產(chǎn)物進(jìn)行全面分析。在蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存了有機(jī)體、組織或細(xì)胞所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)信息，通過(guò)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊雙向凝膠電泳圖譜上的蛋白質(zhì)點(diǎn)就可獲得

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