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意義重大的蛋白質結晶

對“靜止”的蛋白質進行觀察，很多“疑難雜癥”都能浮出水面，蛋白質晶體對于生命科學的研究具有重大意義。以今年年初爆發(fā)的新型冠狀病毒（2019-nCoV）為例，我國科學家就是利用病毒的水解酶與的復合物晶體成功解析了原子結構，可為抗病毒的快速篩選和研發(fā)提供有力的工具。截止2020年1月1日，蛋白質數(shù)據(jù)庫收錄了超過16萬個蛋白質晶體的原子結構信息，已經滲透到了眾多領域，如藥學，醫(yī)學，農業(yè)，材料學等。目前，有9位科學家因解析蛋白質的晶體結構而獲得諾貝爾獎。然而，讓蛋白質結晶可不是一件容易的事情。在科學界，蛋白質晶體的生長常常被認為是“藝術”遠多于“科學”，甚至有許多科學家為了晶體更好地結晶，開始有些“小”：比如把做好的結晶板放在車上開出去幾個小時，或是在晶體實驗柜門上貼了兩只大恐龍貼紙……其實，這些“小”都反映出：蛋白質晶體的結晶過程受到很多因素的影響，能夠有一顆完整的結晶是一件很困難的事情。想要獲得足夠質量的晶體，尤其對新穎的、表征不佳的基因產物來說，通常是新結構測定項目中困難也是耗時的步驟。

蛋白質結晶技術發(fā)展的艱難歷程

科學家們研究蛋白質結晶技術花費了很長時間。1988年諾貝爾化學獎被授予三位德國科學家，原因是三個人通力合作，在世界上解析了一種膜蛋白——菌光合反應中心的高分辨率三維結構，它拉開了膜蛋白結構生物學的序幕，在生物學界影響非常大。之后，科學家們在基因組學和蛋白質組學領域不斷取得新進展，可以作為潛在靶向的蛋白質的數(shù)量呈指數(shù)級增加，然而這些方法獲得有用晶體的成功率不足20%。

2011年，英國帝國理工學院和薩里大學的科學家們使用一種“分子印跡聚合物（MIPs）”的材料，研發(fā)出了一種更有效的制造蛋白質晶體的方法。但是這種方法在結晶條件成分復雜，包含高鹽，，寬泛的酸堿區(qū)間等條件下，容易造成MIPs對蛋白質的印記作用失效。科研不斷深入，技術不斷迭代，目前，應用為廣泛的晶體制備方法當屬規(guī)模篩選，比如高通量蛋白質結晶篩選，即從成百上千個溶液條件中篩選出適合結晶的條件。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，目前的高通量蛋白質結晶篩選的成功率僅為15.6%，嚴重制約了蛋白質結晶技術在結構生物學領域的應用和發(fā)展。缺乏、廣譜的蛋白晶體制備技術是目前結構生物學研究中的技術瓶頸。

近期，由深圳先進技術研究院喻學鋒研究員課題組研發(fā)的一種蛋白質結晶篩選添加劑——人工晶種混懸液打破了技術桎梏。新法的應用，能夠讓蛋白質晶體的結晶更簡便，更科學，更完整。

蛋白結晶板研究

再用原子力顯微鏡,磷光成像儀,光密度儀或激光共聚焦掃描儀進行檢測,獲得靶蛋白表達的種類,數(shù)量及關聯(lián)等信息.蛋白質芯片已經用于研究蛋白質表達譜構成及變化,蛋白質與生物分子(蛋白質,核酸,配體等)的相互作用,抗原體篩選,酶與底物相互作用.蛋白質芯片在醫(yī)學臨床診斷,分析和篩選方面具有潛在的重要應用價值。

蛋白結晶板作用

隨著人類基因組測序計劃的完成 ,鑒定細胞內蛋白質表達,結構,功能及相互作用方式等成為后基因組時代的主要目標之一.為此 ,需要高通量的蛋白質組學研究的技術和方法.近年來出現(xiàn)的表面增強激光解吸 /電離，蛋白質芯片技術是一種操作簡單 ,方便快捷 ,樣本需要量少 ,敏感性高 ,特異性強的高通量的研究蛋白組學的方法 ,在蛋白質功能分析,標志物篩選,研發(fā)等方面具有廣泛的應用前景。