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(zhǎng)時(shí)間。1988年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予三位德國(guó)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(kāi)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?cè)诨蚪M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(guó)帝國(guó)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?？蒲胁粩嗌钊耄夹g(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(jiǎn)便，更科學(xué)，更完整。

蛋白質(zhì)晶體板制作

設(shè)計(jì)并制作了一種在微腔中對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行微批量法(microbatch)結(jié)晶的碟式微流控結(jié)晶芯片,它是一種高通量、低成本、低耗樣量(納升級(jí))、操作簡(jiǎn)便的蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選方法,這種芯片能成功地結(jié)晶溶菌酶(lysozyme)和青色熒光蛋白(CyPet).為了系統(tǒng)地比較這種微流控芯片與傳統(tǒng)的使用蒸汽擴(kuò)散法的24孔結(jié)晶板的結(jié)晶能力,用3個(gè)Hampton結(jié)晶試劑盒,在4℃及20℃培養(yǎng)條件下分別對(duì)5種標(biāo)準(zhǔn)蛋白(溶菌酶(lysozyme)、木聚糖酶(xylanase)、脂肪酶B(lipase B)、葡萄糖異構(gòu)酶(glucose isomerase)和嗜熱菌蛋白酶(thermolysin))進(jìn)行了結(jié)晶篩選實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明,在4℃時(shí)微流控芯片與24孔結(jié)晶板有相近數(shù)目的結(jié)晶條件(91 vs 98)。

蛋白結(jié)晶板作用

隨著人類(lèi)基因組測(cè)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(lái)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(jiǎn)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。