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(guó)亞利桑納州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)學(xué)院（Biodesign Institute）Virginia G. Piper個(gè)體化診斷中心主任Joshua LaBaer開(kāi)展的一項(xiàng)研究。

上接：Science專題：蛋白質(zhì)芯片技術(shù)（上）

蛋白質(zhì)芯片可以被分為兩大類。一種是所謂的正相芯片（forward phase arrays），一種蛋白質(zhì)樣品可用多種試劑進(jìn)行篩選。捕獲蛋白質(zhì)（通常為一種抗體）首先被附著在玻片的表面。當(dāng)將一份檢測(cè)樣品遍鋪在芯片上，固定的抗體就可以用來(lái)捕獲識(shí)別的抗原。檢測(cè)樣本可以是血液、細(xì)胞、細(xì)胞裂解液或是其他一些生物學(xué)標(biāo)本。捕獲的分析物隨后可利用熒光染料直接檢測(cè)。這種技術(shù)具有高度特異性，但是非常耗時(shí)。

在反相芯片（reverse phase arrays）中，檢測(cè)樣本被直接印在玻片上，然后利用一種熒光偶聯(lián)蛋白質(zhì)例如一種抗體來(lái)檢測(cè)芯片。這種反相芯片其中的一種關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是減少了檢測(cè)蛋白質(zhì)抗原所需的抗體探針的量。在當(dāng)前的Science綜述中均討論了這兩種正相和反相芯片的例子。

LaBaer的研究小組利用了一種他們實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的新型蛋白質(zhì)芯片來(lái)開(kāi)展研究工作。這種被稱為核酸可編程蛋白質(zhì)芯片(Nucleic Acid Programmable Protein Array ，NAPPA)的技術(shù)功能特別強(qiáng)大，因?yàn)樗s了芯片應(yīng)用前的蛋白質(zhì)純化需要。并沒(méi)有利用自身蛋白，NAPPA技術(shù)將稱為質(zhì)粒的蛋白質(zhì)編碼DNA環(huán)狀片段置于玻片指定位點(diǎn)上，將DNA芯片技術(shù)的簡(jiǎn)單和低成本帶到蛋白質(zhì)組學(xué)的世界中。

在使用芯片前，將體外轉(zhuǎn)錄/翻譯系統(tǒng)作為一種涂層用于玻片上，將每個(gè)芯片轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)蛋白質(zhì)的納米級(jí)工廠。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)合成后便立即付諸使用，這樣就可以避免蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和純化問(wèn)題。

“NAPPA的中心概念就是只在測(cè)試前時(shí)刻生成‘新鮮’的蛋白質(zhì)，利用與蛋白質(zhì)最相關(guān)的機(jī)器來(lái)制造它們。目前我們正利用人類核糖體機(jī)器來(lái)生成人類蛋白質(zhì)，”LaBaer說(shuō)。

目前LaBaer的方法可使2300種基因排列在一個(gè)常規(guī)的顯微鏡玻片上。鑒于人類蛋白質(zhì)組如此巨大，包含超過(guò)3萬(wàn)種不同的蛋白質(zhì)，這一技術(shù)需要大約10張陣列玻片來(lái)對(duì)蛋白質(zhì)組進(jìn)行完全取樣。以更高密度定位放置DNA質(zhì)粒需要新的印記技術(shù)來(lái)避免鄰近位置的陣列點(diǎn)之間發(fā)生化學(xué)串?dāng)_。利用先進(jìn)的壓電式移液（piezoelectric-pipetting）技術(shù)，研究小組預(yù)計(jì)新一代蛋白質(zhì)芯片可以將每張玻片的蛋白質(zhì)密度提高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

目前，Piper 中心的一張芯片上約有1.4萬(wàn)個(gè)人類蛋白質(zhì)可用于檢測(cè)疾病的抗體靶標(biāo)。這一技術(shù)現(xiàn)正用于研究蛋白質(zhì)的翻譯后修飾以鑒別新型的自身抗體。

在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中或之后可能發(fā)生翻譯后改變，導(dǎo)致對(duì)蛋白質(zhì)殘基的修飾。這樣的變化會(huì)改變蛋白質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)從而影響它們的形狀和功能。特殊自身抗體的存在可能會(huì)發(fā)出癥狀出現(xiàn)前識(shí)別疾病抗原的信號(hào)，例如惡性腫瘤所生成的那些抗原。近期一項(xiàng)研究鑒別了一組28種抗原，可以80-100%的特異性準(zhǔn)確找出血清中的早發(fā)性乳腺癌。

此外，通過(guò)鑒別出與感染性疾病例如霍亂、炭疽和綠膿桿菌相關(guān)的免疫原性蛋白質(zhì)，這項(xiàng)研究還可能有助于加速推動(dòng)更有效的疫苗進(jìn)入市場(chǎng)。

LaBaer說(shuō)：“這項(xiàng)工作的關(guān)鍵是在于檢測(cè)大量的患者和健康個(gè)體以確定哪些反應(yīng)只特異性存在于患者中。最重要的是要在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中確證這些研究結(jié)果?！?/SPAN>