蛋白質組學/蛋白質晶片/分析
分析
在蛋白質晶片分析領域，目前科學家們正在努力克服這項技術的邊緣實驗中遇到的幾個障礙。科學家們面臨的幾個主要挑戰包括：動態蛋白質濃度、幾乎壓倒性的獨特蛋白質數量以及為每種蛋白質建立特異性探針。
動態蛋白質濃度指的是，一個細胞中任何給定蛋白質的確切數量可能與同一個細胞中另一種蛋白質的確切數量大不相同。事實上，目前估計，最低表達水平和最高表達水平的蛋白質數量之間的差異約為 1012 個數量級。換句話說，最稀有蛋白質和最豐富蛋白質之間的差異可以達到百萬億倍。
為了進一步使動態蛋白質濃度問題複雜化，任何給定蛋白質的確切數量將根據所考慮的細胞型別而波動。當然，有一些蛋白質，稱為 管家蛋白，在每個細胞中都高度表達。這些蛋白質是細胞存活的基本結構和功能所必需的。除了管家蛋白外，不同組織的細胞往往具有不同的蛋白質濃度分佈。例如，在心臟組織中高濃度表達的蛋白質很可能在肝臟組織中以不同的濃度表達。因此，在一種細胞型別中檢測蛋白質的方法可能不適用於另一種細胞型別。
不幸的是，科學家們往往對那些稀少且濃度低的蛋白質感興趣。為了克服這一限制，一種設計的方法是去除豐富的蛋白質。通常，只有極少數蛋白質以大量存在。透過去除這些蛋白質，科學家可以減少最低表達蛋白質和最高表達蛋白質之間的數量級差異。但是，蛋白質純化 可以是一個非常費力且耗時的過程，許多科學家認識到，執行幾個蛋白質晶片實驗可能更為明智，每個實驗分析不同的蛋白質濃度範圍。 1
另一個巨大的挑戰在於為每種蛋白質確定特異性探針。目前，解決這個問題的一種嘗試是設計特異性抗體。過去，抗體是透過動物免疫產生的。然而，這種方法的通量不足以被認為適合蛋白質晶片實驗設計。相反，正在開發方法以建立抗體庫。 1 下面列出了來自 Molecular Station 的一些示例。
- 噬菌體抗體展示
- 核糖體展示
- SELEX (透過指數富集進行配體的系統進化)
- mRNA 展示
- Affibody 展示
透過建立結合特定蛋白質組而不是特定蛋白質的抗體，可以縮小抗體方法的範圍。除了使用抗體外，還有適體，即短寡核苷酸，它們更容易建立，但可能難以選擇針對特定蛋白質。 1
為了分析蛋白質晶片的結果，有必要確定與捕獲劑（用於分析晶片）結合的蛋白質的型別或數量，或蛋白質發生的相互作用次數（用於功能晶片）。蛋白質晶片的分析可以分為兩類：標記和無標記。蛋白質晶片的分析可能是一個困難且棘手的過程。已經開發出許多直觀的
這種型別的分析涉及使用放射性或熒光進行標記。 2 標記可以直接連線到蛋白質或捕獲劑（例如酶或底物）上，並立即檢測到。標記也可以連線到不同的分子（例如抗體、抗原或底物）上，這些分子作為第二步被洗過晶片。這可以防止標記改變所研究蛋白質的構象。
然而，標記的蛋白質晶片存在幾個問題。儘管存在防止標記改變蛋白質構象的方法，但蛋白質相互作用干擾的可能性仍然存在。 1 標記對結合特性的影響，以及對缺乏可重複性的傾向 1，構成了幾個重大問題，這些問題可以被視為使用無標記方法的充分理由。
ELISA 測定是檢測抗原或蛋白質的有用工具。使用特異性抗體靶向所需的抗原或蛋白質。由抗體-抗原結合形成的複合物被另一種識別此類複合物的抗體結合。後一種抗體連線到一種酶上，因此“酶聯”是首字母縮略詞 ELISA 的一部分。抗原的結合通常會觸發可以觀察和限定或量化的反應。
可以在 此處 找到正負 ELISA 反應的非常有用的動畫。
ELISA 測定可能有用，但它們不幸地容易出現假陽性，因為許多非特異性蛋白質-抗體相互作用可能發生。 1
夾心免疫測定是 ELISA 測定的一個版本，它使用熒游標記抗體作為探針，並使用雷射掃描來收集資料。 2
同位素標記涉及使用放射性同位素標記的分析物作為探針，並使用 X 射線膠片來收集資料。 2 附加不尋常的同位素提供了識別特定標記所需的資訊，在本例中為蛋白質。
含有這些同位素的分子可以透過質譜法或紅外光譜法區分。 3 存在各種同位素，每個同位素都有不同的質量，因此導致了質譜法的使用。紅外光譜法可以使用，因為各種同位素具有不同的振動模式。
平面波導使用熒游標記的抗體作為探針，並使用電荷耦合器件（CCD）收集資料。 2 波導 通常涉及電磁波的檢測。術語“平面”僅僅指的是系統幾何形狀類似於平面。
平面波導可能提供即時分析系統令人興奮的能力，從而能夠研究蛋白質相互作用動力學。 1
電化學檢測涉及使用金屬耦合分析物作為探針，並使用電導率測量來收集資料。 2
與 DNA 微陣列一樣，使用熒游標記的蛋白質晶片實驗以具有不同強度的斑點影像的形式提供資料。然後使用類似於用於 DNA 微陣列分析的軟體包分析這些影像。執行的分析型別的兩個示例是斑點強度的量化以及對照和實驗條件之間強度的比較。
用於分析標記蛋白質晶片的軟體包包括
- 蛋白質微陣列分析工具 (ProMAT) 是一款免費提供的軟體包，用於評估斑點的強度。ProMAT 由太平洋西北國家實驗室開發。
- ZeptoVIEW PRO 是一款來自 Zeptosens 的商業軟體包，它允許對斑點強度進行量化，並與他們的蛋白質晶片一起使用。
這種型別的分析利用了蛋白質的特性，包括質譜法、表面等離子體共振 (SPR) 和原子力顯微鏡 (AFM)。 2
某些晶片，例如 Ciphergen 的 ProteinChips，可以與 MALDI-TOF 質譜儀耦合。 2 透過使用 SELDI 質譜法可以獲得更高的解析度。 2 資料收集和分析與在蛋白質分離技術（例如液相色譜）後進行的質譜法相同。
表面等離子體共振是在將偏振光照射到專門設計的蛋白質晶片上時產生的光學效應。 2 該晶片需要包含一層薄金屬膜，這將導致光線折射。 2 折射角取決於結合到晶片上的分子的質量，因此具有結合的底物的蛋白質將導致光線以不同於沒有底物的蛋白質的角折射。 2 不同的角度可以透過光電二極體陣列測量。 2 此外，表面等離子體共振可以與質譜法耦合，用於使用從晶片表面進行的微量回收進行蛋白質鑑定。 2
表面等離子體共振能夠提供即時分析。這樣帶來的結果是，可以研究蛋白質相互作用的動力學。檢測解析度是本頁之前討論的一個挑戰，它代表了 SPR 分析的一個缺點。平面波導可以提供具有更高檢測解析度的即時分析。 1
原子力顯微鏡 (AFM)
[編輯 | 編輯原始碼]原子力顯微鏡使用表面形貌的變化來檢測蛋白質相互作用。 2 它是高解析度技術，資料以地形圖的形式收集。 4
1. 蛋白質微陣列晶片。2005-6。分子站。（訪問）2006 年 4 月 1 日 <http://www.molecularstation.com/protein-microarrays/>。
2. Twyman R.M. 蛋白質組學原理；BIOS 科學出版社：牛津，英國，2004 年；第 9 章。
3. “同位素標記”。維基百科，自由的百科全書。2007 年 2 月 5 日，UTC 03:19。維基媒體基金會，Inc. 2007 年 4 月 9 日 <http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Isotopic_labeling&oldid=105717372>。
4. 原子力顯微鏡 - 戴維斯心臟肺研究所以。 http://heartlung.osu.edu/6161.cfm （訪問日期：2006 年 5 月 20 日）。
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