蛋白质组学从发现组学跃入临床怀抱的跨越之旅
齐英姿
书接上回,基于2024年ASMS刚刚发布的全新一代Thermo Scientific™Stellar™质谱仪,慧心独具地将具有强大定量性能的三重四极杆技术与具有超高灵敏度、超快速全扫描MSn采集能力的双压线性离子阱技术巧妙结合,并联用了全新改进的Thermo Scientific™ Vanquish™ Neo UHPLC系统,使得其在蛋白及多肽的检测中具有令人期待优异性能。
今天,我们关注于,蛋白质组学与全新的Thermo Scientific™Stellar™质谱仪一道,以前所未有的方法来验证蛋白质组学发现,让我们对生物标志物的筛选快速的从发现阶段转移到验证阶段,加速从科学研究到临床试验的过渡。
作为蛋白质组学领域的闪耀的质谱双子星,Thermo Scientific™ Orbitrap™ Astral™ 与Stellar™协同工作,以期为我们蛋白质组学用户提供从未知发现到已知验证的全流程服务。作为携带着突破性技术的首款上市仪器,Thermo Scientific™Stellar™建立定量性能超出LC-MS/MS的金标准。接下来,我们从仪器性能出发,从规模(Scale)、灵敏度(Sensitivity)、特异性(Specificity)、通量(Throughput)以及定量生产力(Quantitative productivity)的各个维度上,对全新一代Thermo Scientific™Stellar™质谱仪在蛋白及多肽定量的应用进行介绍。
首先,在检测规模方面,使用全新的Thermo Scientific™Stellar™质谱仪进行检测,相较于之前发现阶段的高分辨质谱仪,在实现10倍的灵敏度的同时,单位时间内可允许分析的靶点和样本数量有了5倍的提升。以目前的检测能力来说,我们一小时梯度时间内,可检测的多肽数目约在几百到两千的数量级上,而全新一代Thermo Scientific™Stellar™质谱仪经过简单优化的方法,在较小的CV值的前提下(小于20%),多肽的检测能力即可达到几千数量级甚至更高,动态范围则可达到4-5个数量级。Thermo Scientific™Stellar™质谱仪的出色性能,使得我们能够增加可验证的候选生物标志物的队列,并得到更加可靠的结果。
灵敏度方面,不管是在单细胞水平上,还是在低丰度的PTM水平上,Thermo Scientific™Stellar™的优异性能,都能使得我们在验证水平上不会丢失我们的目标肽段及蛋白,且在组间定量比较中,防止遗失掉对较小的变化的发现。无论是HeLa样品还是真正的单细胞样品,均具有良好的定量下限。从结果来看,在对单个HeLa细胞的蛋白和多肽的定量中,在覆盖了5,000,000以上到5,000 以下的拷贝数的动态范围内,tMS2的采集模式共定量到包括395条肽段在内的383个蛋白。所示举例的较低丰度蛋白也能拥有可重现的定量结果。在磷酸化多肽的定量案例中,我们可以以更高的通量、更低的起始量得到更多的可定量磷酸化多肽。优异的灵敏度,也使得在低上样量的检测中,兼顾更加广泛的动态范围的同时,得到更加完整的数据集,并最大可能减小数据的缺失。
特异性方面:在蛋白质组学中,从DDA开始,我们通常使用一级来定量;考虑到干扰等问题,在基于Orbitrap检测器的PRM中,二级子离子定量会有更高的特异性;在全新的Stellar质谱中,因其高性能的离子传输管可最低隔离至0.4Th,在尽量降低母离子干扰的前提下,Stellar可以采集高质量的MS2、MS3谱图甚至更高阶的MSn谱图。MS3的使用,使得特别是一些低丰度的肽段,能够拥有相对更好的灵敏度和特异性,更大程度上减小对于定量准确性的干扰。
在检测通量方面,以PQ500试剂盒为例,血浆中的580+蛋白,超过800条多肽,依赖于Thermo Scientific™Stellar™的快速采集能力以及tMS2的优异灵敏度,可以实现100SPD的绝对定量采集。提升通量的同时,保证了优异的定量灵敏度及线性响应。
软硬配合提高定量生产力:硬件上,Thermo Scientific™Stellar™优化了离子包管理,提高了检测器的灵敏度,缩短了所需的产物离子积累时间,配合超快速的tMS2采集,提高单位时间内靶向定量的肽段数目。在优异的硬件的基础上,配合有可靠的软件,才能更加天衣无缝为广大用户的实验工作提供保障。为此,赛默飞提供了简化的自动化智能方法创建及数据管理系统,减小用户的学习与时间成本。PRM Conductor系统作为智能化系统,此款工具可集成到大家熟悉的skyline软件中,可简化方法创建步骤,最大限度提高色谱利用率,为每个蛋白及多肽的高可信度采集提供最佳LC及MSn参数。特别是Adaptive RT功能的加入,新的算法在每隔一个采集周期完成后进行检测、评估和对齐保留时间窗口,实现“Once Right Always Right”,大大提高仪器在大队列检测时的能力与稳健性。Ardia平台的接入,且与skyline集成,也使得用户能够更加快速、安全、集中化得对数据进行管理。
除了极其优异的性能外,在大规模的定量检测中,我们尤其关注于仪器的稳健性表现。如图所示,在500个样品的检测中,液相色谱与质谱均表现稳健,为大规模队列的采集提供保障。
赛默飞一直致力于更好地服务开创人类健康未来的科学家,包括全新一代Thermo Scientific™Stellar™质谱仪在内的新一代蛋白质组学工作流程,为广大科学家们量身定制了从样品自动制备、纳流液相色谱、离子淌度到人工智能增强型数据处理软件的无所不包的一流实验室配置。这意味着广大用户在在实验过程中,从硬件到软件的无缝衔接,也意味着蛋白质组学从发现组学到临床发现验证的无缝衔接。从Thermo Scientific™ Orbitrap™ Astral™到Thermo Scientific™Stellar™双星闪耀,让我们一起祝福蛋白质组学旅程所向披靡,一往无前。
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