质谱大佬谈行业发展|Ruedi Aebersold认为蛋白质组学研究将更强大

　　质谱仪因其准确的定性和定量能力，在科学仪器领域占据的地位越来越重要，被公认是近年来发展最快的分析技术之一。据仪器信息网统计，目前国际排名前十的仪器厂商中有五家在从事质谱仪的生产;自2006年起，到目前为止已有超过40家国产企业开始涉足商业化质谱仪的生产。

　　2023年伊始，让我们来看看顶级分析化学家、质谱大咖都看好哪些质谱技术和热点研究方向。(点击了解：2023年质谱行业风向标)

　　前两篇中，著名质谱学家Graham Cooks教授谈到蛋白质质谱技术与离子淌度质谱技术具有巨大的发展潜力，并看好液滴化学反应领域的科学研究发展(点击了解);美国印第安纳大学化学系特聘教授 David Clemmer 讨论了电荷检测质谱、电喷雾电离以及分析科学在解决环境问题中必须发挥的作用等(点击了解)。本文中，蛋白组学牛人——瑞士苏黎世联邦理工学院Ruedi Aebersold谈到蛋白质组学研究的进展并对其前景进行展望，此外他也提到技术发展面临经济环境不稳定和学术研究文化的限制。

　　Ruedi Aebersold 是瑞士苏黎世联邦理工学院分子系统生物学名誉教授和生物学系主任，Aebersold的工作为研究蛋白质的结构和功能提供了基础，为许多生物学研究奠定了基础，为药物开发和治疗疾病提供了重要的研究方向。作为蛋白质组学领域的先驱之一，他以开发一系列方法而闻名，这些方法已在分析蛋白质化学和蛋白质组学中得到广泛应用，例如用于定量质谱分析的一类称为同位素代码标记 (ICAT)技术 ，这一蛋白组定量技术自从1999年在Nature上发表以来，已在世界范围内得到广泛应用。Aebersold多次被评为全球分析科学界最具影响力的科学家，曾获得 HUPO(人类蛋白质组组织)含金量最高的成就奖。

　　Q：十年来分析科学领域最重要的发展有哪些?

　　一个总的趋势是性能的不断提高，更快、更精确、更高分辨率技术的发展，同时技术的发展也朝向多样化。例如，光学技术已率先用于对核酸进行测序并揭示它们在细胞核中的组织方式。 另一个变革性领域是显微镜——尤其是冷冻电镜，用于结构生物学和细胞断层扫描测量以及非常薄的切片组织。

　　在核酸领域，单细胞测序、RNA 表达和单细胞 DNA 分析等方面取得了重大进展。蛋白质组学领域也取得了令人振奋的进展;我们开始了解以前无法从批量分析中辨别出来的物质，例如我们的单个细胞是如何组成的。大多数关于蛋白质组的分析论文都集中在样品中存在哪些蛋白质以及浓度是多少。最近，我们开始测量蛋白质组的其他方面，例如，通过自上而下 Topdown MS的方法，了解蛋白质结构、蛋白质如何相互作用以及它们如何改变形状。在分析技术的推动下，这些激动人心的发展为我们研究生物学问题和解决生物学难题提供了有力的支持。

　　Q: 在过去的 10 年中，有没有您认为特别具有创新性的商业产品?

　　最先进的电子显微镜的功能令人难以置信。在质谱分析中，不同定位的产品都有渐进式改进，相当于性能显着提高。 十年前，我们很乐意在细胞裂解物等复杂样品中检测到 3,000 种蛋白质。 现在，我们可以从十分之一的输入材料中检测到 8,000 种蛋白质。 获得更好的定性和定量结果的数据独立采集 (DIA) 技术发布也已有 10 年了。 吸收速度非常快，如果您有大量样本，现在是首选方法。

　　过去十年，电子显微镜(例如FEI和Thermo开发的)的技术已经达到了令人难以置信的水平。在质谱领域，每个方面都有逐渐改进，总体而言，性能显著提高。十年前，我们曾经很高兴地从一个复杂样品(如细胞溶解物)中检测到3000种蛋白质。现在，我们可以从样本量的1/10中检测到8000种蛋白质。自更好的定性和定量结果的数据独立采集(DIA)技术发布以来，已经有10年了，如果您有大量的样品，它现在是首选方法。

　　Q：过去十年科学领域的进步速度是否让您感到惊讶?

　　技术进步的速度并没有让我感到惊讶，但应用发展的速度却让我感到惊讶。大约 20 年前，从发布一项技术到看到它被社区实际使用需要 5到10年的时间。 现在，新技术的普及要快得多。DIA SWATH 技术很快被采用，大约两年内便拥有了很多用户。冷冻电镜分析也很快被应用。一些核酸技术也是如此，对于单细胞 RNA 测序，翻译也很快。

　　过去十年进展的速度没有让我惊讶，但是实施的速度让我惊讶。大约20年前，从发布技术

　　Q：您认为是什么推动了蛋白翻译速度的提高?

　　我认为，这些新技术非常出色，它们满足科学社区的实际需求。如果你只为一个特定领域开发一项技术，那么它的应用可能不会很广泛。如果技术极其复杂，比如在活细胞中测量分子距离(这涉及对细胞进行工程化，并使光敏剂和光发生剂保持在接近的距离)，那么它的应用可能会很慢，因为技术上的障碍很大。相比之下，如果你知道如何使用蛋白质质谱仪，从DDA采集技术提高到DIA采集技术是相对简单的。

　　Q: 在过去的时间里，业界有没有学到什么教训?

　　总是有一些起起落落的情况，有些看起来非常有前途，但最终却失败了。我认为这个领域的最难的一课是表面增强激光解吸/离子化质谱的出现。二十年前，分析科学被认为世界是一种强大的生物标志物检测技术。该机器使用简单，已在许多医院中应用，以便临床实验室可以大量运行血浆样本并在体液中找到生物标志物。不幸的是，它并没有得到广泛普及应用

　　这使蛋白质组学领域倒退了几年，直到更新更加稳健的方法出现。因此，蛋白质组学在开发可计算机算法方面非常出色，这些算法基于统计工具，能够定性和定量分子。而代谢组学，尚未达到这一水平。

　　Q:聊聊你的实验室和你的研究，过去十年你最大的亮点是什么?

　　过去十年，我从生物化学家转型为研究员，始终把技术工作，特别是在蛋白质组学领域，视为解决重要生物学问题的途径。经过多次处理技术问题，我们现在拥有强大、可靠的蛋白质组学技术，可以回到生物学，用这些新技术确定细胞和组织的生物化学状态。我们可以开始询问关于不同状态的细胞的问题，例如，在不同复合物中的蛋白质组织的差异。我在ETH的继任者Paola Picotti开发了有限水解-联用质谱技术，该技术可以测量蛋白质的结构如何随细胞状态的变化而变化。这项技术基于蛋白质的功能取决于特定结构的基本原则，现在可以在一次分析中同时对数百种蛋白质进行测试。

　　Q: 你认为质谱技术领域未来有哪些值得期待的发展?

　　我预计质谱技术将继续发展和变得更强大。有人试图将核酸测序的原理应用于蛋白质，在这种情况下，数十亿个蛋白质被沉积在一个流式细胞中，然后可以探测它们在特定位置的存在情况。这将使蛋白质分析达到单分子检测的水平。这些方法还有很长的路要走，但这非常令人兴奋。

　　我还希望新技术能够更广泛地探测蛋白质的功能相关属性。蛋白质组学和一定程度上的代谢组学都受到了实际因素的阻碍。例如，这些技术被认为很复杂，很大程度上是因为它们使用复杂的仪器，很容易出故障。我预计仪器、计算工具和技术将变得更加健壮和广泛使用，这应该提高了可访问性。使用技术的人越多，就有越多人有创造性的想法和产生有趣的结果，因此我期待着用户群体的扩大和随之而来的变化。

　　Q: 哪些新技术能够帮我们回答更有趣的研究问题?

　　我认为，增加的吞吐量和鲁棒性将允许我们收集大量的数据，并使用人工智能技术来学习新的生物学。例如，生物学和医学的一个基本问题是：基因组的变化如何影响(疾病)表型?对于几乎所有的疾病，基因组变异与表型表现之间的关系非常复杂。通过我们现在拥有的新技术，我们可以开始生成数据集，以了解特定的基因组变化如何影响细胞生化和病人的疾病轨迹。这不能在一次实验中完成;我们需要大量的数据和计算工具。我希望，在未来10年内，这个领域将得到进展。

　　Q: 您对这个领域的发展有哪些担忧?

　　我对经济环境有所担忧。一年前，当资金充足时，投资者积极寻找新技术，有大量的资本可以将有趣的想法从大学研究中解脱出来。现在，我认识的同事们有很多令人兴奋的新技术，但却很难找到资金。初创公司需要资金来建设、维护和推广新的创新，我担心这条供应链将受到影响。很多应该进入市场的惊人技术可能不会出现。

　　另一个限制是学术研究文化。通常，资助机构将大量的研究资金投入到他们认为具有转化性的领域。他们希望疾病得到治愈，药物得到改善，但这需要时间，分析科学是这些进展的基础。对基本技术进展的投资减少将对整个链条造成不利影响。