• 斯坦福大学的研究人员发明了一种新技术来大大

    2019-06-12 14:48:39

    斯坦福大学的研究人员发明了一种新技术来大大加速蛋 2015年12月8日 所有生物都需要蛋白质,这是一大群分子的成员,这些分子是自然界定制的。根据DNA中的蓝图。 通过自然进化过程

      斯坦福大学的研究人员发明了一种新技术来大大加速蛋

      2015年12月8日

      所有生物都需要蛋白质,这是一大群分子的成员,这些分子是自然界“定制”的。根据DNA中的蓝图。

      通过自然进化过程,DNA突变产生新的或更有效的蛋白质。人类已经发现这些分子的许多替代用途 - 如食品,工业酶,抗癌药物 - 科学家们渴望更好地了解如何设计针对特定用途设计的蛋白质变体。

      现在,斯坦福工程师发明了一种技术,可以为此目的大大加速蛋白质的进化。 “自然 - 化学生物学”(Nature Chemical Biology)中描述的这项技术允许研究人员测试给定蛋白质的数百万种变体,为某些任务选择最佳,并确定产生该变体的DNA序列。

      “进化,适者生存,发生在数千年的时间里,但我们现在可以指导蛋白质在几小时或几天内进化”。生物工程学教授Jennifer Cochran说,他与斯坦福光子学研究中心主任Thomas Baer共同撰写了该论文。

      “这是一个实用的,多功能的系统,具有广泛的应用,研究人员会发现它易于使用,”贝尔说。

      通过将Cochran的蛋白质工程专业知识与Baer在激光仪器方面的专业知识相结合,该团队创建了一种工具,可以在几小时内测试数百万种蛋白质变体。

      “示威活动令人印象深刻,我期待看到这种技术得到更广泛采用,”加州理工学院化学工程教授弗朗西斯阿诺德说,该研究并不隶属于该研究。

      制造一百万个突变体

      研究人员称他们的工具和微观; SCALE,或单细胞分析和激光提取。

      “µ”代表保持蛋白质样品的微毛细管玻璃载玻片。滑块的大小和厚度大致相当于一分钱,但在该空间内,一百万个毛细管排列成稻草状,顶部和底部开口。

      µ SCALE的强大之处在于它使研究人员能够利用当前的生物化学技术同时进行一百万个蛋白质实验,然后提取并进一步分析最有希望的结果。

      研究人员首先采用称为“诱变”的过程。创建特定基因的随机变异。将这些突变插入酵母或细菌细胞批次中,其表达改变的基因并产生数百万个随机蛋白质变体。

      Aµ SCALE用户将数百万个微小的不透明玻璃珠混合到含有数百万酵母或细菌的样品中,并将混合物涂在微毛细管载玻片上。微量的液体滴入每个管中,携带单个细胞。表面张力捕获每个毛细管中的液体和细胞。

      将含有这些百万种酵母或细菌的载玻片及其产生的蛋白质变体插入到µ SCALE装置中。软件控制的显微镜对准每个毛细管并拍摄其中发生的生化反应的图像。

      相关故事研究人员将蛋白质簇蛋白与心脏代谢综合征风险的多个方面联系起来超过三分之一的成年人错过了蛋白质的标记,发现研究HIV-1蛋白在抑制免疫反应方面发挥的作用比思想一样微小; SCALE用户识别感兴趣的毛细血管,研究人员可以使用贝尔设计的巧妙方法,引导激光提取该管的内容物而不破坏其邻居。

      “珠子是能够提取的,”贝尔说。 “激光器提供能量以移动珠子,这会破坏表面张力并从毛细管中释放样品。”

      因此µ SCALE将单个毛细管的内容物清空到收集器板上,其中可以对分离的细胞的DNA进行测序,并且可以鉴定负责感兴趣的蛋白质的基因变体。

      “µ SCALE的独特特征之一是它允许研究人员快速从数十万个其他细胞中分离出单个所需细胞”。 Cochran实验室的博士生Bob Chen说,他编写了软件来检查和检测试管内有趣蛋白质活性的迹象。

      

      有希望的变体可以通过µ SCALE收集和再加工,以进一步发展和优化蛋白质。

      “这是回答有关蛋白质的重要​​问题的令人兴奋的新工具”。 Cochran说,将基因分析的高通量工具与研究人员解开人类疾病生物学的关键特征的方式相比较,即SCALE。

      创世记和证明

      该项目于五年前开始,当时Baer和合作者Ivan Dimov开发了第一台仪器。他们展示了如何识别微毛细管阵列中的细胞类型,并使用玻璃珠和聚焦激光提取单个毛细管内容物。

      大约三年前,Cochran和Baer联手开发了用于蛋白质工程的微型SCALE,该团队设计了三个实验来展示和微观; SCALE的实用性和灵活性。

      在一项实验中,研究人员筛选了酵母细胞中产生的蛋白质库,以选择与癌症靶标最紧密结合的抗体。已知具有高靶结合亲和力的抗体对癌症有效。

      在第二个例子中,他们设计了一种亮橙色荧光蛋白生物传感器。使用µ SCALE,他们比以前的方法快10倍。这种生物传感器通常用作各种生物学实验中的标签。

      用斯坦福生物化学教授Daniel Herschlag进行的第三个实验使用µ SCALE来改进模型酶。

      “该系统将使我们能够探索酶之间的进化和功能关系,指导可以进行新的有益反应的新酶的工程化,”赫施拉格说。

      资料来源:斯坦福工程学院