分子互作仪原理

——2022上半年生命科学仪器新品盘点系列分子互作仪作为研究分子间相互作用的重要工具，在生命科学、临床医学、食品安全、环境检测和药物筛选及相关药物动力学检测等研究中发挥了重要作用。今年年初马尔文帕纳科收购了瑞士光学生物传感器领军企业Creoptix公司，并在6月携专利光栅耦合干涉（GCI）技术推出了WAVE分子间相互作用仪，实现了在更广泛的样品范围内提供更高质量的分子结合亲和力数据和动力学数据；赛多利斯则是布局多元化非标记分子互作分析平台，推出新一代SPR分子互作分析仪Octet® SF3；NanoTemper携光谱位移技术推出了高通量亲和力筛选平台Dianthus，弥补了SPR技术和ITC技术在亲和力筛选应用的不足；上海量准则是推出小型桌面式NanoSPR One分子互作分析系统以及长沙诺司康推出自主研发NSK-T(III)型高频石英晶体微天平生物传感仪。为了方便大家熟悉了解分子互作仪新品的看点与亮点，小编特别进行了一期简评，供大家学习了解。马尔文帕纳科：新一代动力学技术 WAVE分子间相互作用仪2022年6月2022年6月29日，马尔文帕纳科在线发布了创新型产品WAVE分子相互作用仪，不同于传统的基于表面等离子共振（SPR）技术的解决方案，WAVE系统采用专利的光栅耦合干涉（GCI）技术，实现了在更广泛的样品范围内提供更高质量的分子结合亲和力数据和动力学数据。另外，采用无堵塞微流控芯片设计，适用于多种不同类型样品，确保样品活性和生物学特性，节约了纯化步骤所需时间以及避免流路堵塞等问题。新品WAVE分子相互作用仪还具备高时间分辨率，能够准确表征解离速率大于10s-1的分子间相互作用的动力学，兼容48，96，384板任意组合，长达120小时的无人值守运行。Creoptix WAVE 分子相互作用仪小编简评：瑞士Creoptix公司是光学生物传感器的领军企业，拥有业内高灵敏度的WAVE生物分析系统，马尔文帕纳科公司于2022年1月22日宣布完成对其收购，该款新品展示出马尔文帕纳科为积极开拓上游药物发现领域解决方案做出的重要举措之一。赛多利斯: Octet® SF3新品发布 打造多元化非标记分子互作分析平台2022年5月2022年5月，赛多利斯全新推出Octet® SF3 (SPR)分子互作仪。作为新一代SPR分子互作分析仪，Octet® SF3从技术原理、仪器性能、操作便捷度等方面进行了全面升级优化，相比普通多循环或单循环动力学分析技术，用户能够在更短的时间内生成高质量的动力学和结合亲和力数据。新品Octet® SF3单次无人值守检测的样本通量高达768个样品，采用OneStep® 进样技术，只需简单制备一份待分析样品溶液，即可自动为动力学和亲和力分析创建一个完整的浓度梯度，从而简化实验开发和操作。使用NeXtStep™ 进样技术，能够从单一分析物浓度确定分析物在多个竞争分子存在的情况下的完整动力学和亲和力。赛多利斯 Octet® SF3 (SPR)分子互作仪小编简评：在非标记生物分析领域，BLI和SPR技术一直占据主流地位。随着赛多利斯推出新一代SPR分子互作分析仪Octet® SF3，旗下的产品序列变得更加丰富多样，为打造多元化非标记分子互作分析平台迈出实质性一步。上海量准:个人型生物分子相互作用仪2022年5月2022年5月1日，上海量准发布了个人型生物分子相互作用仪—NanoSPR One，小型桌面式外观，使用场景灵活；配套云平台，快速分析数据；多样化的芯片便面修饰。NanoSPR One分子互作分析系统以纳米微阵列生物芯片为检测基质，通过检测NanoSPR芯片的共振反射或吸收峰强度变化来测定分子之间的相互作用，无需标记，能够提供高质量的动力学、亲和力及特异性等生物信息。NanoSPR One 生物分子相互作用仪小编简评：NanoSPR One生物分子相互作用仪体积小巧，极大地节约了宝贵的实验室空间，同时价格相对可观，降低了分子互作仪的置入门槛，让每一个生命科学研究实验室都有机会拥有一台自己的分子互作仪。NanoTemper:携光谱位移技术 推出高通量亲和力筛选平台Dianthus2022年4月2022年4月20日，NanoTemper发布了全新高通量亲和力筛选平台Dianthus。它是首个使用光谱位移技术(Spectral Shift)的亲和力筛选平台，并且采用温度依赖的荧光强度变化(TRIC)这项成熟技术对光谱位移技术进行补充，使得Dianthus可以灵敏检测更多真正的结合分子，提供高质量的数据。Dianthus检测流程相当简单，仅需1分钟即可精确计算样品间的kd值，且可在33分钟完成384孔板检测，满足高通量筛选的需求。检测是在溶液中进行且不依赖于分子量变化，无需担心分子量过低而漏掉有价值的hits。此外，Dianthus是基于微孔板、无微流控系统的亲和力筛选平台，无需清洗维护。NanoTemper Dianthus高通量分子互作筛选系统此外，NanoTemper在今年3月也发布了另一款新品NanoTemper PR Panta 无标记TSA分析仪，结合了微量差示扫描荧光nanoDSF (nano Differential Scanning Fluorimetry）技术、动态光散射DLS (Dynamic Light Scattering)技术、静态光散射技术（Static Light Scattering)和背反射（Backreflection）技术，具备数据质量高、检测速度快、样品消耗量少等独特的优势。NanoTemper PR Panta 无标记TSA分析仪小编简评：尽管光谱位移技术并非创新技术，但新品Dianthus是首个将该项技术应用于亲和力定量检测的仪器平台，弥补了SPR技术和ITC技术在亲和力筛选应用的不足，丰富了重要靶点和候选药物的亲和力筛选工具。长沙诺司康:频率最高400MHz 石英晶体微天平新品问世2022年1月2022年1月，长沙诺司康生物科技有限责任公司推出自主研发NSK-T(III)型高频石英晶体微天平生物传感仪，工作频率可达400MHz，精确测量纳克级甚至皮克级物质质量的传感技术。操作简单，可实现非标记检测生物大分子，可广泛地应用于疾病诊断、药物检测、环境检测、食品检测等多个领域。该仪器采用创新设计、模块化结构、PID模糊智能控温技术等能够进行在线检测生物分子靶向作用过程。长沙诺司康 NSK-T(III)型高频石英晶体微天平分析仪小编点评：NSK-T(III)型高频石英晶体微天平分析仪的显著优势不仅在于扫频范围达400MHz，而且采用模块化设计，可个性化定制。后记：分子互作仪的市场竞争相对温和，在过去长达二三十年的时间里，一直由思拓凡和赛多利斯这两家品牌主导。近年来，随着生命科学基础研究的不断深入和生物制药研发愈发火热，分子互作仪的需求在快速增加，同时，市面上也涌现出很多新仪器品牌参与市场竞争。赛多利斯为巩固自身市场地位，不断丰富自身产品线，打造多元化非标记分子互作分析平台。作为思百吉集团材料分析板块的马尔文帕纳科公司为开拓上游药物发现市场，收购Creoptix公司杀入分子互作赛道。德国NanoTemper作为后起之秀，不断研发新技术、新产品，努力帮助药物和生物科学研究人员加快新药发现和开发的进程。国产分子互作仪器厂商则是另辟蹊径，通过降低仪器置入门槛和使用门槛来开拓市场。此外，据小道消息得知Gator Bio公司将于年底推新一代高通量、高性能的BLI分子互作仪。该新品将搭载第二代hFc传感器，并且针对粗样将采用高敏AAV定量传感器和检测AAV空壳率的生物传感器。以上，就是小编为大家整理的2022年迄今为止分子互作仪器领域新品新技术的相关内容，更多仪器，请点击进入“分子互作仪”专场。找靠谱仪器，就上仪器信息网【选仪器】栏目。它是科学仪器行业专业导购平台，旨在帮助仪器用户快速找到需要的仪器设备。栏目囊括了分析仪器、实验室设备、生命科学仪器、物性测试仪器、光学仪器及设备等14大类仪器，1000余个仪器品类。

研究背景Nature：清北团队合作发现CRISPR免疫增效子，建立Cas9核酸酶生长进化模型CRISPR-Cas系统是一种强大的基因编辑工具，但Cas9核酸酶活性仍需提高。现有的方法存在着种种局限性，例如优化序列可能破坏结构、改变表达方式可能导致副作用、使用辅助蛋白会增加复杂性等。因此，开发新的方法来增强Cas9核酸酶的活性仍是CRISPR-Cas系统研究中的一个重要课题。2024年5月29日，来自清华大学和北京大学的研究团队在Nature上合作发表了题为：Pro-CRISPR PcrIIC1-associated Cas9 system for enhanced bacterial immunity的研究论文研究团队通过生物信息学分析、结构生长轨迹分析、生化实验、冷冻电镜解析和大肠杆菌抗噬菌体实验等手段，发现了一类新型CRISPR免疫增效子PcrIIC1，可以显著增强Cas9核酸酶的活性。研究团队还建立了Cas9核酸酶生长进化模型，揭示了Cas9蛋白结构和功能的演变规律，并阐明了PcrIIC1增强Cas9活性的分子机制。这项研究为我们进一步理解CRISPR系统的进化历程，以及开发基于CRISPR免疫增效子的高效基因编辑工具奠定了基础。研究思路通过生物信息学分析，研究团队观察到一类新型关联基因（Novel-associated genes, NAGs），显著富集存在于较大蛋白体积的II-C型Cas9的基因簇中，并推测这些NAGs可能参与到Cas9介导的细菌免疫过程。图1. 结构生长轨迹分析方法（左）和II-C型Cas9的生长轨迹图（右）通过生化实验和冷冻电镜解析复合体结构表明，来自金黄色细菌属（Chryseobacterium sp.）的CbCas9生长出了一个全新的增强Cas9活性的β-REC2结构域，以及一个全新的能够与其关联基因PcrIIC1互作的CTH结构域。通过蛋白间相互作用，2个CbCas9蛋白和2个PcrIIC1蛋白能够形成异源四聚体复合物。图2. 冷冻电镜分析CbCas9和PcrIIC1结合的三个阶段蛋白质与核酸的分子互作实验表明，与单独的CbCas9相比，CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合进而体现出切割活性，对原间隔区相邻基序序列的兼容性更广，对错配的耐受性更强，抗噬菌体免疫性增强。研究利用溶液中标记的分子互作方式获得亲和力，得出与单独的CbCas9相比，CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合（图3a）进而体现出切割活性，对原间隔区相邻基序序列的兼容性更广，对错配的耐受性更强，抗噬菌体免疫性增强。图3. PcrIIC1增强CbCas9的DNA结合(a)、切割(b)、PAM兼容性(c)、DNA解旋 (d) 和错配容忍 (e) 能力最后，为了检验CRISPR免疫增效子PcrIIC1对CbCas9抗噬菌体免疫能力的影响，研究人员在大肠杆菌中进行了抗噬菌体实验。以上结果说明CbCas9-PcrIIC1复合体的形成对整个CRISPR-Cas系统的免疫增强至关重要。图4. PcrIIC1显著增强了CbCas9系统的细菌免疫活性FIDA如何更好复现Nature蛋白与核酸互作发文思路流体动力分散技术（FIDA）通过第一性物理原理直接获取分子的绝对流体动力学半径（Rh），通过追踪分子微妙的变化来表征生物分子的行为、特征以及功能。Fida Neo分子互作仪涵盖亲和力表征、亲和动力学表征、分子质量表征三大功能，一次实验即可获得互作与分子质控的数据，让互作的数据有“法”可依。FIDA技术无需固定、无需加热，甚至无需标记，可兼容所有缓冲液，是对现有分子互作技术是一次不一样的升级。FIDA技术可用于CbCas9-PcrIIC1复合物冷冻电镜前样品质控，CbCas9-PcrIC1复合物与DNA的亲和力实验以及动力学实验，以及CRISPR- cas以及核酸复合物的大小和定量表征等方面，具体如下:FIDA多维蛋白复合体表征，快速无稀释优化冷冻电镜样品，丰富您的蛋白质表征数据。FIDA所获得的Rh为绝对的粒径大小，可以直接与后期的电镜数据做比较。此外FIDA内置的 PDB 关联程序，可以将实际获得的 Rh 与数据库中的结构信息进行比较，有助于结构的精细解析。FIDA技术单次运行只需要40 nL 蛋白质在 4 分钟内获得的完整蛋白质 QC 图，包括冷冻电镜样品QC的关键参数表征，例如多分散性指数（PDI），聚集（Agg），粘度（Viscosity），粘附性（Stickiness），完整性（Rh）等指标，FIDA是一种非常有效的支持所有生物物理学和结构生物学的基本工具。图5. FIDA单次测试的得到8个蛋白表征数据冷冻电镜应用：FIDA：4分钟给您无稀释的冷冻电镜样品优化解决方案FIDA和本篇研究中应用的分子互作技术都是一种在溶液状态下通过荧光分子标记表征分子互作的技术。对于蛋白可能需要形成多聚体，在溶液环境下，更能有效的体现蛋白与蛋白或蛋白与核酸互作的真实情况。FIDA 可以使用含盐和洗涤剂的缓冲液条件，具有不同环境中（类体内环境）进行测试的灵活性。这使得研究者能够分析不受缓冲液成分限制的核苷酸，以确保其数据的准确性和可靠性。FIDA 这种在溶液内检测分子互作技术，是理想的结合能力检测，因为它不依赖于潜在的阻碍性表面固定，不受结合域空间方向影响的表征。图6. FIDA实验原理示意图FIDA不仅可以表征互作亲和力，也同时无标记检测CRISPR核酸酶与gDNA相互作用的热力学、亲和力、和结合动力学，全面表征蛋白与核酸互作。FIDA不仅可以完成本研究中得到的CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合亲和力，还可在无标记下表征蛋白与核酸的热力学参数与结合动力学，甚至表征结合时蛋白构象变化与获得有关基因编辑过程的分子细节的定量表征。FIDA技术可以处理带负电荷分析物和带正电荷配体，使利用FIDA能够深入了解CRISPR- cas组分之间的结合相互作用，并以更高的准确性和效率表征和优化CRISPR系统。FIDA是一种序列无关的技术-不需要事先了解序列。FIDA的序列独立性质可对未知或未表征的基因组区域进行研究，同时简化工作流程。图7.(A) FIDA实验示意图。ReporterRNA用于识别RNP的大小和饱和点(上)，用其报告RNP结构作为竞争分析的起点(下) (B)正向结合(上)和反向滴定(下)期间获得的原始FIDA数据 本研究在分子层面直观的揭示了免疫增效子PcrIIC1的作用。首次发现了一类新型的CRISPR免疫增效子可以通过二聚化Cas9效应器提升Cas9活性，这些结果不仅有助于我们进一步理解CRISPR系统的进化历程，还为未来基于CRISPR免疫增效子的高效基因编辑工具的开发奠定了基础。FIDA对于蛋白质复合体的多维表征和对蛋白与核酸互作亲和力与动力学的的检测，不依赖于分子量变化，样本用量少（仅需40nL），是一种在溶液状态下且不受缓冲液成分影响的多维表征技术。对于在本研究中相似的蛋白可能需要形成多聚体，在溶液环境下，更能有效的体现互作的真实情况。

生物分子的活性功能是通过分子之间的相互作用来实现的，研究生物分子间的相互作用，可以从分子水平上了解生命现象，从而阐明生命活动的机理，发现生命的本质。分子互作分析仪是指利用物理、物理化学或光学等手段检测分子之间的动力学、亲和力和热稳定性等人们肉眼无法捕捉的参数，帮助人们对分子进行定量或定性的分析，在生命科学、临床医学、环境检测和药物筛选等研究中发挥了巨大作用。当前，分子互作分析技术多元，涉及的仪器品类繁多，根据原理划分主要包括表面等离子共振技术(SPR)、生物膜干涉技术(BLI)、光栅耦合干涉技术(GCI)、微量热泳动技术(MST)及等温滴定量热技术(ITC)等等。近年来，随着科学技术进步以及新药研发市场的迅猛发展，基于上述技术原理衍生出一系列新技术，市场上也涌现出越来越多新的仪器产品。为帮助广大科研工作者了解前沿分子互作分析技术、增强业界相关人员之间的信息交流，同时为用户提供丰富分子互作产品与技术解决方案，仪器信息网广泛向业内技术专家、仪器厂商约稿。相关稿件将收录至【分子互作分析技术】专题，并在仪器信息网平台全渠道推送，后续还将把干货整理成册，以供更多人士阅读。欢迎各位行业协会/学会、高校/科研院所的专家老师，以及领域内仪器厂商们投稿。一、主办单位：仪器信息网二、专家约稿主题聚焦分子互作分析仪器或技术，可选择以下主题(但不限于)其中之一：1.仪器专家（1）分子互作分析仪器或技术的研究进展（包括国内外研究现状、技术路线点评、关键问题、发展趋势、应用前景等）；（2）分子互作分析仪的最新研究成果（包括项目概述、结构和功能、取得成果等）；（3）分子互作分析仪器或技术的相关标准/法规概况及解读；（4）分子互作分析仪的操作技术要点、数据分析技巧；（5）分子互作分析仪国产与进口的差别、亟待解决的问题、未来发展的建议；2.应用专家（1）基于分子互作分析仪取得的最新研究成果（研究背景、研究过程、取得成果等） （2）其它相关经验之谈。三、厂商约稿提纲（1）贵司在分子互作分析领域主推的仪器产品是什么？请您谈谈该产品的核心竞争力。（2）请介绍贵公司分子互作分析技术路线的发展历史。（3）贵公司分子互作分析仪主要应用哪些领域的哪些实验环节？（4）您如何看待当前分子互作分析仪市场及前景？未来看好哪些细分领域?此外，厂商还可聚焦【面向分子互作分析仪用户在日常操作中需要注意的技术要点，以及相关数据分析技巧】主题，撰写成文。参考样文及链接：NanoTemper：“不可成药”靶点研究将成为分子互作 仪热点 需求市场 四、回稿要求：您可以根据上述问题进行稿件撰写，也可以由此展开相关话题。1.稿件字符数不少于1200字，欢迎多提供图片，图片像素应不低于300DPI 2.稿件无抄袭、署名排序无争议，文责自负，请勿一稿多投 3.投稿须为Word文档，本网编辑有权对文稿进行修改，如不同意请注明。4.请在稿件末尾注明供稿者姓名、单位、个人简介。五、投稿邮箱：zhaoyw@instrument.com.cn 六、活动时间：2022年9月-10月