本周《科學(xué)》（Science）的一篇專題文章聚焦了蛋白質(zhì)芯片（protein array）技術(shù)，其中略微談到了美國亞利桑納州立大學(xué)生物設(shè)計學(xué)院（Biodesign Institute）Virginia G. Piper個體化診斷中心主任Joshua LaBaer開展的一項研究。

隨著人類基因組計劃（Human Genome Project）的順利完成，科學(xué)家們將研究日益聚焦到蛋白質(zhì)上。蛋白質(zhì)這一由遺傳模板生產(chǎn)出的萬能產(chǎn)物，在維持健康和疾病發(fā)生中均發(fā)揮著主要作用。蛋白質(zhì)微陣列（Protein microarray）在生成DNA和蛋白質(zhì)組的核苷酸序列分析的缺口上搭起了一座橋梁。

研究人員正在利用蛋白質(zhì)微陣列來開發(fā)出早期疾病的檢測方法，尤其是對于占國家大部分醫(yī)療保健開支的慢性疾病。在早期、癥狀出現(xiàn)前階段鑒別出糖尿病、冠心病、充血性心力衰竭和各種癌癥的征兆，提供治療成敗的最佳預(yù)測，大大降低醫(yī)療費用。

“蛋白質(zhì)是生物學(xué)機器。疾病幾乎總是由于蛋白質(zhì)功能異常所導(dǎo)致，大多數(shù)的藥物設(shè)計也是旨在影響蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)微陣列使得我們能夠同時檢測成千上萬的蛋白質(zhì)的生物化學(xué)特性，”LaBaer.說。

盡管基因組為構(gòu)建生命系統(tǒng)提供了指導(dǎo)手冊，蛋白質(zhì)仍是真正的分子主力，忠實地履行基因組的指令，同時還在無數(shù)的環(huán)境影響下改變它們的行為。蛋白質(zhì)為細胞和組織提供了結(jié)構(gòu)，促進了細胞內(nèi)部和細胞間的信號傳遞，充當(dāng)受體，催化酶活性，執(zhí)行免疫功能，并執(zhí)行其他無數(shù)的生物學(xué)任務(wù)。

因此，更深入地了解蛋白質(zhì)組對于診斷醫(yī)學(xué)，尤其是建立生物標(biāo)記物（表明早期疾病狀態(tài)的癥狀出現(xiàn)前指示物，可檢測到的血液中蛋白質(zhì)成分）是至關(guān)重要的。LaBaer研究小組正在致力于發(fā)現(xiàn)一系列致命性疾病包括乳腺癌、卵巢癌、肺癌和口咽癌；I型糖尿病和各種傳染性病原體的生物標(biāo)記物。

直至近來，研究蛋白質(zhì)的復(fù)雜性仍是一個艱巨的任務(wù)。蛋白質(zhì)微陣列通常包含一個蛋白質(zhì)庫，它以2D可設(shè)定位置的網(wǎng)格格式固定在一個載玻片或是芯片上。這類芯片是通過表達和精心純化蛋白，然后將它們印在載玻片表面而制造成。一旦將蛋白質(zhì)庫鋪在在一張芯片上，就可以利用這種高通量的技術(shù)來研究蛋白質(zhì)的行為。

類似的芯片長期被應(yīng)用于研究DNA，生成了對于基因組的源源不斷的新認識，在某些情況下提供了快速準(zhǔn)確的診斷工具。研究人員想要用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)來重復(fù)DNA芯片取得的成功，然而目前仍有一些障礙存在。相比于核苷酸，蛋白質(zhì)顯示出極大的結(jié)構(gòu)多樣性和復(fù)雜性。蛋白質(zhì)的合成、穩(wěn)定和純化往往是非常艱巨的工作。將蛋白質(zhì)充分附著在芯片表面相當(dāng)?shù)募郑译S后通過結(jié)合事件檢測這些蛋白也比核酸芯片的情況要復(fù)雜的多。