利用自動(dòng)化進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)樣本高質(zhì)量制備

蛋白質(zhì)組學(xué)研究是一項(xiàng)涵蓋蛋白質(zhì)表達(dá)、蛋白間相互作用、蛋白功能、蛋白結(jié)構(gòu)和翻譯后修飾的綜合科學(xué)研究。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究具有重大的潛力，可以解開(kāi)疾病復(fù)雜機(jī)制，尋找疾病早期診斷的分子標(biāo)志物和解決方案，促進(jìn)疾病研究發(fā)展。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，如臨床與健康學(xué)研究、食品技術(shù)、生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，以及藥物靶標(biāo)的鑒定。

蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)流程復(fù)雜，有較高的操作和實(shí)驗(yàn)技能的要求。完整的實(shí)驗(yàn)步驟一般包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣品前處理、LC-MS/MS分析、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、生物信息學(xué)分析等多重步驟。其中蛋白質(zhì)組樣品前處理是確保數(shù)據(jù)重現(xiàn)性、一致性的關(guān)鍵，對(duì)于穩(wěn)定的下游分析至關(guān)重要。質(zhì)譜檢測(cè)多肽質(zhì)荷比，鹽類(lèi)以及其他離子化的物質(zhì)都可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾。同時(shí)，手工實(shí)驗(yàn)需要投入大量人工操作時(shí)間，壓縮了分析時(shí)間。此外，勞動(dòng)密集型步驟導(dǎo)致人為誤差比率增大，不同個(gè)人和實(shí)驗(yàn)室間的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性差異大，特別是在高通量條件下。自動(dòng)化樣本制備的方法可減少手動(dòng)操作時(shí)間，提高蛋白質(zhì)覆蓋率，幫助獲得高重現(xiàn)、高質(zhì)量的結(jié)果。

貝克曼庫(kù)爾特生命科學(xué)利用功能強(qiáng)大的自動(dòng)化設(shè)備和豐富的自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了一套標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)流程包括變性、還原、烷基化、淬滅、稀釋、消化和脫鹽，應(yīng)用于LC-MS/MS分析全血，血漿，干血斑等樣品中產(chǎn)生的多種血漿蛋白，為不同類(lèi)型樣本用于疾病診斷、生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)和常規(guī)臨床分析提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖1：蛋白質(zhì)組學(xué)樣本自動(dòng)化處理實(shí)驗(yàn)流程

 

 

 

Biomek i7 Hybrid自動(dòng)化樣品前處理系統(tǒng)

 

成功的蛋白質(zhì)組學(xué)分析實(shí)驗(yàn)始于精心設(shè)計(jì)的樣品前處理方法和自動(dòng)化解決方案，對(duì)于自動(dòng)化樣品前處理，Biomek i7 Hybrid自動(dòng)化樣品前處理系統(tǒng)為雙機(jī)械臂系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)械臂同時(shí)配備移液系統(tǒng)和抓板手，2個(gè)抓板手可同時(shí)運(yùn)行。擁有45個(gè)有效標(biāo)準(zhǔn)板位的臺(tái)面容量，臺(tái)面通過(guò)簡(jiǎn)單配備溫控和震蕩功能模塊以及整合正壓固相萃取模塊，即可完成包括蛋白變性、還原、烷基化、蛋白酶解、脫鹽和肽段純化所有前處理流程。

               
圖2：系統(tǒng)示意圖

使用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化蛋白質(zhì)樣品前處理，可大大減少操作差異、樣品處理錯(cuò)誤，并節(jié)省人力。預(yù)先優(yōu)化驗(yàn)證的方案支持無(wú)人值守，每個(gè)人只需通過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。下圖為系統(tǒng)使用集成的正壓模塊進(jìn)行自動(dòng)化固相萃取，完成脫鹽流程。

圖3：正壓過(guò)濾模塊(PPA)

 

應(yīng)用案例

 

本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)了一種更高效、穩(wěn)定、適用性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)組樣本制備流程，將樣品分為中等通量（20樣本/天）和高通量（57個(gè)樣品/天）通過(guò)自動(dòng)化的樣本處理流程產(chǎn)生高質(zhì)量的肽段，然后利用液相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用平臺(tái)（LC-MS/MS）對(duì)肽段進(jìn)行分析，獲得3日內(nèi)、日間不同樣本的CV和不同數(shù)量的肽段。

圖4：Biomek 自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)流程和桌面布局（附帶正壓模塊PPA照片）

 

 

結(jié)果展示

圖5：總蛋白組學(xué)工作流CV=工作站CV + LC-MS/MS CV

 

圖6：總蛋白組學(xué)工作流CV

自動(dòng)化樣品制備的日內(nèi)重現(xiàn)性CV：4%-20%，結(jié)果表明自動(dòng)化流程對(duì)高通量樣本處理的穩(wěn)定性滿(mǎn)足需求。

圖7：A）中通量樣品分析和肽段鑒定   

B)高通量樣本分析和肽段鑒定

每個(gè)樣本做5次重復(fù)，一共重復(fù)3日，并且利用LC-MS/MS平臺(tái)對(duì)中通量數(shù)據(jù)和高通量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對(duì)于中通量樣本的研究發(fā)現(xiàn)全血樣本可鑒定出最大數(shù)量為365的肽段，對(duì)于高通量樣本的研究發(fā)現(xiàn)干血斑可鑒定出最大數(shù)量為324的肽段。

總而言之:自動(dòng)化蛋白質(zhì)組樣本前處理系統(tǒng)對(duì)于不同類(lèi)型的血液樣本（血漿，全血，血斑等），都可以獲得重現(xiàn)性高，質(zhì)量高的肽段，用于下游的定量和分析。

（備注：該自動(dòng)化平臺(tái)不僅可用于蛋白質(zhì)組學(xué)樣本研究，而且可進(jìn)一步擴(kuò)展適用于代謝組學(xué)和脂質(zhì)體的研究。）

 

優(yōu)勢(shì)總結(jié)

 

綜上，小貝為您總結(jié)了自動(dòng)化蛋白質(zhì)組樣本前處理的優(yōu)勢(shì)：

 

參考文獻(xiàn)

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