بررسی چشم انداز محیط های کشت باکتریایی

جرم اطلاعاتی در مورد هویت، ساختار و تغییرات شیمیایی پروتئین می دهد.⁶

طیف سنج جرمی مجهز به منبع، تحلیلگر و آشکارساز است. منبع از روش های یونیزاسیون گاز یا مایع برای تولید قطعات پپتید باردار استفاده می کند. تحلیلگر این قطعات را بر اساس نسبت جرم/بارشان جدا می کند. آشکارسازها امکان تشخیص و تقویت سیگنال را در پاسخ به گونه های باردار موجود در آنالایزر می دهند.

پروتئومیکس مبتنی بر MS به دلیل قدرت تحلیلی و کمی که دارد در همه زمینه های تحقیقات بیولوژیکی از علم اکتشاف در آزمایشگاه های تحقیقاتی پایه گرفته تا کاربردهای تشخیصی محبوبیت پیدا می کند. با این حال، طیف سنجی جرمی دارای چندین محدودیت است، مانند استانداردسازی خسته کننده پروتکل ها و کانال های تجزیه و تحلیل داده ها که به زمان و منابع گران قیمت نیاز دارد.

پروتئومیکس میل جنسی

پروتئومیکس میل جنسی از آنتی‌بادی‌ها و دیگر معرف‌های اتصال، مانند پروب‌های تشخیص اختصاصی پروتئین، برای آنالیز پروتئومی استفاده می‌کند. پلت‌فرم‌های پروتئومیکس Affinity پروفایل‌های پروتئینی با کارایی بالا، تجزیه و تحلیل تعامل پروتئین-پروتئین و تشخیص اصلاح پس از ترجمه از مایعات بدن، سلول‌های کشت‌شده و بافت‌ها را ارائه می‌دهند. اگرچه پروتئومیکس میل ترکیبی بسیار کارآمد و قوی است، اما محدود به پروتئین‌های مشخص شده با آنتی‌بادی‌ها و پروب‌های از قبل موجود است.⁷

در کاربردهای خاص بیماری، پروتئومیکس میل ترکیبی، کمیت قوی نشانگرهای زیستی نامزد را ممکن می‌سازد و کشف و اعتبار سنجی بیومارکرهای جدید را تسهیل می‌کند. برای تشخیص، پروتئومیکس میل ترکیبی از طیف‌سنجی جرمی سودمندتر است، زیرا در کاربردهای بالینی، دانشمندان می‌خواهند چندین پروتئین را در یک دوره زمانی کوتاه نمایه کنند. به عنوان مثال، شناسایی سریع و مقرون به صرفه بیومارکر تومور برای تشخیص و تشخیص زودهنگام سرطان ضروری است.

تراشه های پروتئینی/ریزآرایه های پروتئینی

چیپس پروتئین یا ریزآرایه ها پروتئومیکس در مقیاس بزرگ و با کارایی بالا را تسهیل می کنند، جایی که محققان می توانند کل پروتئوم یک سلول را بررسی کنند. این تراشه ها از کاوشگرهایی بر روی یک سطح نگهدارنده مانند شیشه، غشاهای نیتروسلولزی یا مهره ها تشکیل شده اند. پروب ها لیگاندها، ترکیبات، آپتامرها یا آنتی بادی های مرتبط با رنگ های فلورسنت هستند که به طور انتخابی به پروتئین های مورد نظر موجود در نمونه متصل می شوند. اسکنرهای لیزری قدرتمند سیگنال فلورسانس ناشی از فعل و انفعالات پروب-پروتئین را شناسایی و کمیت می کنند، جایی که اتصال بالاتر شدت سیگنال بیشتری تولید می کند.⁸

از آنجایی که جریان کار می‌تواند بسیار خودکار باشد، تراشه‌های پروتئینی تشخیص سریع و بسیار حساس پروتئین را از مقادیر کم نمونه و معرف امکان‌پذیر می‌سازند. محققان گاهی اوقات آرایه های پروتئینی را برای بهبود تشخیص پروتئین اصلاح می کنند. مثلا، ریزآرایه های پروتئین فاز معکوس مجموعه ای از پروتئین ها را روی آرایه بی حرکت کنید تا نشانگرهای زیستی خاص بیماری را از نمونه یک فرد ضبط کنید.⁹

در حالی که ریزآرایه‌های پروتئینی چندین پروتئین را به‌طور همزمان در مقایسه با سایر روش‌های پروتئومی جذب می‌کنند، درک داده‌ها و مشخص کردن غلظت‌ها و برهمکنش‌های پروتئین از مجموعه‌های داده در مقیاس بزرگ همچنان یک چالش بزرگ است.⁸

محققان چگونه داده های پروتئومیکس را تجزیه و تحلیل می کنند؟

کمی در مقیاس بزرگ مجموعه داده های پروتئومی معمولاً به عنوان یک ماتریس دو بعدی از مقادیر کمی برای پپتیدهای مختلف شناسایی شده در یک نمونه نشان داده می شود. آمار زیستی و بیوانفورماتیک برای تفسیر داده های پروتئومیکس مورد نیاز است.^10،11

صرف نظر از روش پروتئومی مورد استفاده، دانشمندان معمولاً از روش مشابه استفاده می کنند تحلیل داده ها گردش کار شامل استانداردسازی داده ها، حاشیه نویسی پروتئین و تعیین کمیت پروتئین. بسته به روش مورد استفاده برای جمع آوری داده ها، نتایج ممکن است شامل اطلاعاتی در مورد هویت پروتئین باشد. به عنوان مثال، داده های MS شامل طیف پپتیدی به عنوان نسبت جرم به بار است که می تواند با الگوریتم های استنتاج پروتئین رمزگشایی شود.¹²

در مرحله کشف، محققان از الگوریتم‌ها و خطوط لوله برای شناسایی توالی‌های اسید آمینه نمونه‌های خود، ساختارهای پروتئینی با پاکت‌های اتصال فرضی و هرگونه تغییر پس از ترجمه استفاده می‌کنند. بسیاری از الگوریتم‌های بیوانفورماتیک نیز نقشه‌های تعامل پروتئین-پروتئین را تولید می‌کنند که به محققان اجازه می‌دهد مسیرهای بیولوژیکی مختلفی را بسازند و نحوه اتصال آنها به یکدیگر را تعیین کنند. تعدادی از این روش ها از شبیه سازی برای مدل سازی شبکه های بیولوژیکی استفاده می کنند. با ساخت محاسباتی فعل و انفعالات سلولی پیچیده، محققان سرنخ‌هایی به دست می‌آورند که به آنها کمک می‌کند آزمایش‌هایی را برای آزمایش برهمکنش‌های پروتئینی و شناسایی پیامدها در داخل بدن طراحی کنند.^10،11

حاشیه نویسی عملکردی داده های پروتئومی عملکرد پروتئین را با مقایسه پایگاه های داده ای که شامل اطلاعات مسیر بیولوژیکی هستند تعیین می کند. به عنوان مثال، طبقه بندی مبتنی بر هستی شناسی ژن (GO) یک ژن یا پروتئین را بر اساس عملکرد، مسیرها و حوزه های ساختاری آن دسته بندی می کند.¹¹¹² با استفاده از حاشیه نویسی GO، محققان می توانند عملکرد مولکولی پروتئین را به همراه فرآیند بیولوژیکی که در یک بافت سلولی خاص درگیر هستند، پیش بینی کنند.

سوالات متداول

پروتئومیکس چیست؟

• پروتئومیکس مطالعه ای در مقیاس بزرگ در مورد پروتئین های موجود در سطح سلولی و سیستمیک است.

پروتئومیکس برای چه مواردی استفاده می شود؟

• با تولید مجموعه داده‌های پروتئینی جامع، دانشمندان میزان جزر و مد بیان پروتئین در بافت، تفاوت آن از سلولی به سلول دیگر و اینکه چگونه این تفاوت‌ها عملکرد درونی یک ارگانیسم را نشان می‌دهند را درک می‌کنند.

رابطه پروتئومیکس و ژنومیکس چیست؟

• ژنومیکس اطلاعاتی در مورد ژن ها، گونه های ژنی و نشانگرهای ژنتیکی در اختیار محققان قرار می دهد. با استفاده از آنالیزهای پروتئومی، محققان می توانند عملکرد این ویژگی های ژنتیکی و چگونگی تغییر آنها در طول زمان را بهتر درک کنند.

محققان از چه روش هایی برای تجزیه و تحلیل پروتئوم استفاده می کنند؟

• برخی از روش های رایج پروتئومی شامل طیف سنجی جرمی، پروتئومیکس میل ترکیبی با استفاده از آنتی بادی ها یا دیگر معرف های اتصال، و تراشه های پروتئینی یا ریزآرایه ها هستند.

این مقاله در ابتدا در 16 ژانویه 2023 منتشر شد. در تاریخ 1 آگوست 2024 توسط به روز رسانی شد. نیکی اسپهیچ دکتری.