De cercetare de proteine solicita pentru instrumente avansate

Cu cartografierea genomului uman, proteomica a rapid aparut ca un nou domeniu interesant de cercetare, unul care completeaza mai degraba decat inlocuieste genomica. Genomului detine toate genele unui organism, care transporta codurile pentru proteinecare are nevoie pentru a functiona. Proteomica este studiul integrat de proteinesi functiile lor si a proceselor biologice, cum ar fi productia de hormoni si raspunsul sistemului imunitar. Aceasta permite studiul structurii de proteinesi de proteine- interactiuni de proteine, si astazi, stiinta devine un instrument important in cercetarea biomedicala si dezvoltare de droguri. Realizarea si avanseaza astfel de studii mult mai eficient si eficace, cu toate acestea, va necesita noi, de ultima ora instrumente.

Expertii imagina proteomica joaca un rol-cheie in descifrarea cancer, diabet, boli de inima, si a altor maladii lifethreatening, si comunitatea stiintifica a reactionat. Anul trecut, Organizatia internationala Omului Proteome a inceput promovarea si coordonarea un efort global de a avansa proteomica de cercetare si descoperire. In Statele Unite, National Institutes of Health a stabilit un grup Proteome interes special in 2001 pentru a ajuta la mentinerea oameni de stiinta si cercetatori alte curente privind progresele in domeniu se schimba rapid.

Cresterea in cercetare proteomica este insotita de o valoare de piata in crestere. Potrivit unei previziuni de front strategic Consulting, Inc (San Mateo, CA), publicat in februarie, pe piata proteomica va ajunge la 2.68 miliarde dolari in 2008, in crestere cu 76% de la o suma estimata la 1.52 miliarde in 2003. Estimeaza o crestere anuala de 12% intr-o piata care consta din patru segmente: de separare proteine, caracterizare de proteine, continutul si bioinformatica, precum si servicii.

Proteomica laboratoare
O proteina este o molecula biologica format dintr-un lant liniar de aminoacizi. La temperaturi normale mediului ambiant, lantul de aminoacizi este pliat intr-un complex de trei-dimensionale structura, care timp de decenii a prezentat o provocare majora pentru cercetatori incearca sa descifreze make-up si functia de proteine. European de Biologie Moleculara Laboratorul lui (EMBL lui) Proteomics Facilitatea de vizitator (Heidelberg, Germania) exemplifica un bine echipate de laborator proteomica. Acesta include instrumente pentru separare de proteine, imagistica, si prepararea probelor robotica, si spectrometre de masa, computere, si software-ul avansat. Cea mai mare parte a echipamentului a fost facuta de Micromass-Waters, Ltd. (Manchester, Anglia), si Bio-Rad Laboratories, Inc (Hercule, CA), care, impreuna ProteomeWorks piata, un set complet de instrumente y laborator de cercetare pentru proteomica. Alti producatori majore ale sistemelor de proteomica includ Amersham Biosciences (Piscataway, NJ), Applied Biosystems Group (Foster City, CA), si Proteome Systems, Ltd. (Sydney, Australia).

Analiza
O analiza proteomica implica de obicei amestecuri complexe de molecule biologice diferite, cum ar fi o mostra de tesut de sange sau de la un pacient. Analistul utilizeaza electroforeza sau cromatografie pentru a separa moleculele in fractii. Intr-o a doua etapa, el sau ea se concentreaza proteinele interesant ca pete pe doua-dimensionale geluri pentru bidimensional electroforeza. Fractiuni proteice apoi sunt separate fizic intr-o singura dimensiune prin taxa utilizand focalizare izoelectrica, si in dimensiunea perpendiculara de greutate moleculara. Rezultatul este un diapozitiv acoperit de un gel care contine un model de pete neregulate, care sunt proteineseparate.

Analistul petele apoi geluri si creeaza imagini ale pete. Imaginile sunt analizate cu automate Site-software de analiza. Pete de proteinede interes sunt taiate de la diapozitiv si digerate cu ajutorul enzimelor la procesul de proba pentru continuarea studiilor. Aminoacizilor din proteineselectate sunt in cele din urma identificate cu ajutorul unui spectrometru de masa, si sunt caracterizate prin matrice de proteine, microscoape confocal, cromatografie, si doua spectrometre de masa cu care lucreaza in tandem. Manipularea unor cantitati mari de date generate de aceste experimente necesita un software bioinformatica si pe scara larga de stocare a datelor.

Companii din toata lumea sunt cercetarea alternative noi highthroughput la doi-dimensionale electroforeza pentru a accelera procesul. Pana in prezent, cu toate acestea, nu exista nici o tehnica de schimb potrivit pentru electroforeza twodimensional la orizont care se poate compara cu ea. Companiile sunt in curs de dezvoltare, de asemenea, noi instrumente analitice pentru a studia proprietatile fizice si chimice ale proteinelor si modul in care acestea functie.

Un trend important pe piata de echipamente de laborator proteomica este formarea asociatiilor in participatiune, care permite companiilor care produc instrumente complementare pentru a oferi un laborator complet echipat. De exemplu, Proteome-Works, comercializate in comun de catre Bio-Rad Laboratories si Micromass-Waters, este o suita integrata de instrumente ale caror componente sunt realizate separat de catre cele doua societati. In mod similar, Amersham Biosciences si Thermo Electron Corp (Waltham, MA) in comun de masa de piata bazate pe spectrometrie de proteomica instrumentelor de cercetare. Initial, cele doua companii vor co-piata Amersham Biosciences "Ettan MALDI-TOF Pro spectrometru de masa si linia Thermo Electron lui Finnigan de ioni-capcana sisteme de spectrometrie de masa, inclusiv statia de lucru ProteomeX proteomica. Cele doua companii, de asemenea, planul de a colabora in curs de dezvoltare Urmatoarea generatie de sisteme proiectate special pentru aplicatii proteomica.

Separarea tehnologii
Doua-dimensional electroforeza ramane tehnologia cea mai importanta, chiar daca una imperfecta, pentru separarea proteinelor din celule sau tesuturi. Este o tehnica de low-tranzitata capabile sa caracterizeze doar 20 la 30% din proteinele dintr-un esantion. Microarrays ADN-ului, o tehnologie concurenta, masura expresia, sau de activitate, de gene si de a permite oamenilor de stiinta sa prezica proteinele pentru care ADN-ul pornit-on poarta codul. Este o tehnica highthroughput, dar este impiedicata de faptul ca o secventa ADN-ul poate cod pentru mai multe proteinemodificate.

O microarray consta dintr-un microcip pe care molecule biologice sunt imobilizati. Mai multe companii start-up sunt concurente pentru a dezvolta noi tehnologii de microarray de proteine-cum ar fi o microarray specific de anticorpi impotriva unui set de proteinepatogene cunoscute. In activitatea genetica, moleculele de pe o microarray, de obicei, format din ADN-ului. Pentru cercetare proteomica, cu toate acestea, alte cipuri sunt mai potrivite, cum ar fi cele care contin anticorpi sau alte proteine. In aceste microarrays, un model predecesoarea termined de proteinecunoscut sub numele sau a anticorpilor este imobilizat in placi standardizate microwell cu 96 sau 384 godeuri pe o farfurie. Un esantion de proteinede a fi studiate poate fi testat pentru reactii cu un anticorp cunoscute sau alte proteinein fiecare godeu. Un avantaj major al acestei tehnici este ca un robot poate analiza fantani pentru a identifica o reactie intre anticorpii cunoscute sau proteinesi de proteinein studiu.

Proteome Systems este in curs de dezvoltare jetoane de proteinepe baza piezoelectric eliberarea de anticorpi si substante chimice pe un bidimensional gel-electroforetica matrice de proteineimobilizate care urmeaza sa fie caracterizate. Aceasta tehnica ofera un avantaj de cost, deoarece permite utilizarea in continuare a electroforeza gel, care este echipament standard, in cele mai multe laboratoare proteomica.

Integrare
Cei mai importanti producatori de instrumente sunt, de asemenea, imbunatatirea rapid lor de doi-dimensionale electroforeza pe gel si alte sisteme bazate pe gel. Amersham Biosciences, de exemplu, a introdus recent Ettan Workstation de manipulare spot, un esantion de preparare a robotic sistem care integreaza bioinformatica, de stocare a datelor, si de prelucrare. Statie de lucru automatizeaza excizia si digestia proteinelor care ar putea servi drept medicamente din doua-dimensional geluri. Odata ce proteinesunt izolate de gel, care pot fi identificate prin matrice-asistata desorbtie-ionizare cu laser timp-of-flight (TOF-MALDI) spectrometrie de masa. Bio-Rad si Micromass ofera, de asemenea, instrumentele robotice care permit excizia si digestia proteinelor din geluri twodimensional. In mod similar, Proteome Systems ofera aceasta capacitate intr-un sistem de proteomica in care toate componentele analitice, de la pregatirea probei de spectrometrie de masa, sunt integrate intr-un esantion de gestionare si de analiza a datelor platforma bioinformatica.

Alte tendinte in domeniul cercetarii instrumente includ dezvoltarea biosenzori siliciu poros pentru identificarea proteinelor, antigene, iar ADN-ul; aplicarea de spectroscopie de rezonanta Raman cu raze ultraviolete pentru a investiga pliere de proteine, si folosind imagini holografice de proteinesi a altor structuri organice pentru a detecta schimbari cauzate de reactii biochimice.

Identificarea si caracterizarea
Pentru a identifica si caracteriza o proteina de necunoscut, cercetatorii utilizati o combinatie de cromatografie si spectrometrie de masa pentru a rupe in jos in acizi amino-sale si sa le identifice prin spectrului de frecvente masa lor. Un sistem lichid-cromatografie se pot separa fractiunile de un esantion de proteineinainte de analiza. Un spectrometru de masa formeaza ionii dintr-un esantion si separa aceste ioni de catre lor de mass-la-taxa raportului.

Efectuarea sentiment de cantitati imense de date generate de caracterizeaza toate proteineimplicate in bolile umane va necesita pe scara larga de stocare a datelor si software-ul bioinformatica. IBM este o companie investeste masiv in dezvoltarea biologiei computationale, si a format o alianta strategica cu Proteome Systems pentru a oferi sisteme de bioinformatica pentru cercetatori proteomica, care include capacitatea de stocare enorma si acces la internet.

In toata lumea Oamenii de stiinta au pus rezultatele lor experimentale in on-line-accesibile baze de date si pe site-urile Web, dar intr-un nonstandardized si dificil de-la-compara moda, care impiedica compararea si verificarea rezultatelor cercetarii. In 2002, Organizatia Human Proteome a inceput Proteomics Initiativa de a dezvolta standarde de date standarde de reprezentare a facilita comparatiile, schimburi, si de verificare. Cele doua zone vizate initial de standarde sunt spectrometrie de masa si interactiuni proteina-proteina.

	Figura 3. O perioada de trei-dimensionala de reprezentare tomografic a bacteriofag 06 virusul este obtinuta cu microscopie cryoelectron de plonja de inghetare a probei in etan lichid si scanarea cu un microscop electronic cu transmisie din mai multe directii diferite de pana la o perioada de 140 grad (F. deHaas, FEI Co)