相互作用

高校及科研院所重大科研基础设施和大型科研仪器是国家科技基础条件资源的重要组成部分。但由于管理模式及制度，生物大分子相互作用仪等科学仪器设备不对外开放，大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决此问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。仪器信息网对平台高校和科研院所上传的生物大分子相互作用仪的品牌、型号、应用领域等进行统计分析，在一定程度上可反映科研领域中生物大分子相互作用仪的市场现状。希望能帮助正在选购仪器的同学，或苦于寻找仪器共享平台的科研工作者，或对此类仪器市场感兴趣的工作人员。（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，不完全统计分析仅供读者参考）。国产缺席，100%进口统计高校和科研院所在全国仪器共享平台上传的数据，截止2021年6月3日，平台上生物大分子相互作用仪的总数量为173台，其中美国Cytiva、德国Sartorius和NanoTemper三家市场占有率超9成，其中，美国Cytiva独自占比58%；Sartorius占比26%，排名第二；NanoTemper占比7%，排名第三。在高校和科研院所中占据优势地位。除此之外，美国Plexera、Biosensing Instrument、Reichert、加拿大Nicoya、法国HORIBA scientific等品牌在市场上也占据少量份额。近年来，生物大分子相互作用仪市场参与品牌日益增多，技术路线多样，产品日趋多样化，市场迎来“百花齐放”的新局面。但本次调查中未出现国产品牌。全国共享生物大分子相互作用仪品牌分布全国共享生物大分子相互作用仪产地分布从全国共享生物大分子相互作用仪型号分布来看，最受高校和科研院所青睐的型号为美国Cytiva的Biacore T200、其次是德国Sartorius的Octet RED 96和美国Cytiva的Biacore X100，仪器共享数量分别为45台、32台和31台。热门型号top10中还包括Biacore 3000、Monolith NT.115、Octet K2、Biacore 8k、PlexArray、Octet QKe和Biacore T100，其中Monolith NT.115和PlexArray分别属于德国NanoTemper和美国Plexera。全国共享生物大分子相互作用仪热门型号top10从调查结果来看，高校和科研院所用的生物大分子相互作用仪被进口品牌垄断。一方面是出于科研需求，科研团队需要采用精度更高，技术更先进的高端仪器，而大部分国外高端科研仪器水平相对较高，因此导致了目前的垄断局面。另一方面，是国产仪器起步相对较晚，国内整体的制造技术水平较欧美发达国家落后一截。资源分布不均，北京独占鳌头统计高校和科研院所在全国仪器共享平台上传的数据发现，平台上生物大分子相互作用仪所属学科领域的分布以生物学、药学、基础医学和化学为主，其中生物学独占鳌头，占比达61%。此外，生物大分子相互作用仪在临床医学、中医学和中药学和食品科学技术等领域发挥越来越重要的作用。全国共享生物大分子相互作用仪学科领域分布全国共享平台上生物大分子相互作用仪涉及27个省份、直辖市、自治区。北京以38台的生物大分子相互作用仪数量高居榜首，其次是山东、上海、江苏、辽宁、湖北和广东，生物大分子相互作用仪数量分别17台、14台、13台、12台、12台12台。从全国共享生物大分子相互作用仪分布图不难看出，仪器资源集中分布在高等教育强省，这一方面与各省份的高校数量和质量有关，另一方面则是受到国家科研经费的制约。共享平台的开放正是为了解决仪器资源分布不均的问题，提升科研设施与仪器服务能力。全国共享生物大分子相互作用仪单位分布此外，共享生物大分子相互作用仪的单位共涉及128所高校及研究院所，且985和211高校的仪器资源更强，其中，共享生物大分子相互作用仪数量超过2台的单位有10所，分别是北京大学、南京中医药大学、厦门大学、大连医科大学、南京农业大学、山东大学、山东省科学技术厅、四川大学、中国科学院生物物理研究所和中国科学院微生物研究所。北京作为共享生物大分子相互作用仪最多的地区，涉及25所高校及研究院所，且科研院所的数量比高校多。全国共享生物大分子相互作用仪数量超2台的单位北京25所全国共享生物大分子相互作用仪单位更多生物大分子相互作用仪器信息，请点击：小编精选|大分子相互作用仪导购篇 or 技术流派解析：带你重新认识大分子相互作用仪

大家好，本周为大家分享一篇发表在Nat. Struct.上的文章，Towards a structurally resolved human protein interaction network，该文章的通讯作者是瑞典斯德哥尔摩大学的Petras Kundrotas、Arne Elofsson和欧洲分子生物学实验室的Pedro Beltrao。蛋白质-蛋白质相互作用（PPIs）的表征对于理解形成功能单位的蛋白质组和细胞生物学研究的基础是至关重要的。同时，蛋白质复合物的结构表征是理解蛋白质的功能机制、研究突变的影响和研究细胞调控过程的关键步骤。最近，基于神经网络的方法已经被证明了准确预测单个蛋白质和蛋白质复合物的结构的能力；然而，其在大规模预测人类复杂结构中的应用尚未得到有效测试。在此，本文测试了应用AlphaFold2在预测人类蛋白质相互作用结构上的潜力和局限性，并通过实验提示了界面残基中潜在的调节机制。除此之外，本文还提供了使用预测的二元复合物来构建高阶组装的案例，以此拓展了对于人类细胞生物学的理解。人类蛋白质相互作用的结构预测本文基于AlphaFold2的FoldDock管道对65484对来源于HuRI与hu.MAP V.2.0数据库中实验测定的PPIs的结构进行预测。文章合并了一个pDockQ分数，该分数可以根据置信度对模型进行排序。结果显示，已知相互作用蛋白的pDockQ往往高于随机集；对于hu.MAP数据集显示出平均比HuRI数据集更高的可信度，这表明，高可信度模型集中在具有高亲和力和直接相互作用的蛋白质相互作用区域。实验表明，AlphaFold2可以预测大型复合物中直接相互作用的蛋白对的结构（图1）。图1 | AlphaFold2复合物预测在大规模人类PPIs数据集上的应用影响预测置信度的特征如图1a所示，相较于HuRI和hu. MAP数据库中的蛋白质对，出现在蛋白质数据库（PDB）中的蛋白质对更加富集于高分模型部分。为了更好地理解这种差异，本文首先研究了一个由大型（10链）异质蛋白复合物构建的额外数据集。通过实验，结果显示直接相互作用对与间接相互作用对之间pDockQ分数的差异是显著的，这表明与间接相互作用对相比，即使直接相互作用对是大型复合体的一部分，也往往能够被预测。除此之外，由于HuRI数据库中的许多蛋白质间相互作用很可能是短暂的，而AlphaFold2无法可靠地预测这种相互作用（图2）。图2 | 影响预测置信度的蛋白质和相互作用特征：不同数据集的分析预测的复合物结构在化学交联上的验证化学交联结合质谱分析是一种识别蛋白质对中邻近的活性残基的方法，可以用来帮助确定可能的蛋白质界面。为了确定预测的复合物结构是否满足这种正交空间约束，本文获取了528对具有预测模型的蛋白质对的残基对的交联集合。在此章节中，文章提供了多个案例证明了化学交联验证的有效性（图3）。图3 | 对于预测复合物模型的化学交联支持复合物界面上与疾病相关的错义突变与人类疾病相关的错义突变可以通过多种机制改变蛋白质的功能，包括破坏蛋白质的稳定性、变构调节酶活性和改变PPIs。为了确定预测结构的有效性，本文汇编了一组位于界面残基上的突变，这些突变之前曾被实验测试过对于相应相互作用的影响。文章使用FoldX预测突变时结合亲和力的变化，并观察到破坏相互作用的突变强烈影响了结合的稳定性；另外，本文就在一系列生物学功能中具有界面疾病突变的蛋白质网络簇进行了举例说明（图4）。图4 | 蛋白质复合物界面残基的疾病突变蛋白质复合物界面的磷酸化调节蛋白质磷酸化可以通过改变修饰残基的大小和电荷来调节结合亲和力来调节蛋白质的相互作用，将磷酸化位点定位到蛋白质界面可以为它们在控制蛋白质相互作用中的功能作用产生机制假说。本文使用了最近对人类磷酸化蛋白质组26的鉴定，在高置信度模型中鉴定出了界面残基上的4,145个独特的磷酸化位点。实验表明，某些界面可能受到特定激酶和条件的协调调控。虽然不是所有界面上的磷酸位点都可能调节结合亲和力，但这一分析为特定扰动后的相互作用的潜在协调调控提供了假设（图5）。图5 | 界面残基上磷酸化位点的协同调控来自二元蛋白质相互作用的高阶组装蛋白质既能够同时与多个伙伴相互作用组成更大的蛋白复合物，又能够在时间和空间上分离。这也反映在文章的结构特征网络中，即蛋白质可以在群体中被发现，如蛋白质相互作用全局网络视图所示（图6）。由于使用AlphaFold2预测更大的复合物组装可能受到计算需求的限制，文章测试了蛋白质对的结构是否可以迭代结构上对齐。文章在上述网络中覆盖的一组小的复合物上测试了这一过程，并将一个实验确定的结构与预测的模型进行对齐，展示了该过程的潜力和局限性。受测试例子的鼓励，本文定义了一个自动化过程，通过迭代对齐生成更大的模型。总之，文章发现可以迭代地对齐相互作用的蛋白质对的结构来构建更大的组装，但同时也发现了目前限制这一过程的问题。图6 | 对高阶组装的蛋白质复合物的预测结论本文通过一系列的实验评估了应用AlphaFold2预测已知人类PPIs的复杂结构的潜力与局限性。分析结果表明，由亲和纯化、共分馏和互补的方法组合支撑的蛋白质相互作用能够产生更高置信度的模型。文章证明，可以使用模型指标（如pDockQ评分）对高置信度模型进行排序，为大规模PPIs和稳定复合物的详细研究提供支持；而来自交联质谱实验的数据为进一步验证这些预测提供了理想的资源。除此之外，本文用疾病突变和磷酸化数据证明了蛋白质界面的结构模型对于理解分子机制以及突变和翻译后修饰的影响至关重要；最后，文章提出了从预测的二元配合物出发构建更大的组件结构模型的想法。后续仍需要更多的工作来确定确切的化学计量学，设计方法和评分系统来构建如此更大的复杂组件，以及预测具有弱和瞬态相互作用的蛋白质之间的相互作用。参考文献(1) Burke DF, Bryant P, Barrio-Hernandez I, et al. Towards a structurally resolved human protein interaction network [published online ahead of print, 2023 Jan 23]. Nat Struct Mol Biol. 2023 10.1038/s41594-022-00910-8. doi:10.1038/s41594-022-00910-8

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。大分子相互作用仪作为分子互作的重要研究工具，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。随着检测分子间相互作用技术的迭代与创新，市面上出现了各种品牌型号的大分子相互作用仪，其技术原理主要包括表面等离子共振技术（SPR技术）、生物膜干涉技术（BLI技术）和微量热泳动技术（MST技术）等，那么如何挑选一款真正符合自己需要的大分子相互作用仪成为了一道难题，接下来，小编根据检测技术进行分类，遴选推荐一些靠谱品牌型号，以飨读者。首先是基于表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)技术研发的大分子相互作用仪。1.Biacore 8K/8K+生物分子相互作用分析系统▲Biacore 8K/8K+生物分子相互作用分析系统（ 点击查看 ）Cytiva（思拓凡）公司推出的Biacore 8K/8K+生物分子相互作用分析系统正是基于SPR技术研发的，该产品能够满足化药于生物新药的高通量筛选及表征，16组检测通道，8根进样针平行分析；高灵敏度，可用于小分子量样品、超低偶联和低浓度样品的分析检测；8K可实现60小时无人值守作业，8K+可实现72小时无人值守作业；4-40℃样品仓控温，支持96/384孔板。自1990年至今，Biacore经历了30多年的发展，已成为分子互作的“金标准”和基础科研及药物开发的工具。2.HORIBA OpenPlex表面等离子体共振成像仪▲HORIBA OpenPlex 表面等离子体共振成像仪（ 点击查看 ）法国HORIBA scientific公司将等离子体共振技术、成像技术和微阵列芯片技术进行结合，研发出一次能够获取百种生物分子相互作用的信息的HORIBA OpenPlex表面等离子体共振成像仪。该产品采用阵列式检测，突破了传统通道式测量的局限，特别适用于快筛及实时成像的应用需求。此外可实时监测相互作用并获得动力学参数。 外置部件选择性灵活，可选附件包括蠕动泵、注入系统、自动脱气装置等。3.多参数表面等离子体共振分析仪 MP-SPR 220A▲多参数表面等离子体共振分析仪 MP-SPR 220A（ 点击查看 ）芬兰BioNavis公司的多参数表面等离子共振技术MP-SPR起源于芬兰国家技术研究中心，该技术技术突破了传统SPR技术的局限性，它不仅测量分子间的相互作用，而且也测高性能金属，石墨烯等材料。MP-SPR 220A可用于检测埃米至微米厚的薄层间相互作用和结构信息，并且具有附加波长的选项。4.BI-4500 表面等离子体共振仪▲BI-4500 表面等离子体共振仪（ 点击查看 ）全新的BI-4500表面等离子体激元共振(SPR)仪具有多通道流动模式，有助于对固定量低和分子量小(100 Da)的分析物的精准检测。BI-4500配备了BI-DirectFlowTM (BI-直流技术) 后，将精确的进样和几近零扩散的传质过程结合起来用于快速动力学的研究并有效地消除各种表面现象的干扰。用户可机动灵活地选择多种巧具匠心的分析模块从事诸如生命科学、电化学、气相或液相传感等研究。5.SPRm 200表面等离子体共振显微镜▲SPRm 200表面等离子体共振显微镜（ 点击查看 ）美国Biosensing Instrument公司研发的细胞原位分子互作动态分析系统SPRm 200，巧妙地将表面等离子体共振技术和光学显微镜结合为一体。SPRm200无需对观察目标进行标记，可以实时定量的进行检测，并且可同时可视化观察细胞结构和局部结合活性。此外无需提取细胞膜蛋白，即可在正常活细胞状态下观察和测量药物和膜蛋白的实时相互作用。样本容量为384*2，具有5条通道，进样体积最低为1μL。6.便携式4通道SPR仪-P4SPR▲便携式 4通道SPR仪-P4SPR（ 点击查看 ）加拿大Affinité Instruments基于SPR技术开发出新一代非标记分子相互作用分析仪P4SPR，仪器小巧，易于携带，可在用于各种户外环境中的现场检测。适用于小分子化合物、核酸、多肽、蛋白、脂类、多糖、纳米颗粒、病毒、微生物、细胞等各种样品，可4通道同时检测，实时扣除背景，自动做重复，获得可信数据。10分钟验证是否结合，并且获得亲和力和结合/解离速率，此外还可与其它仪器（HPLC,MS等）联合使用。7.Inter-Bio英柏表面等离子共振检测仪MI-S200▲Inter-Bio 英柏表面 等离子共振检测仪MI-S200（ 点击查看 ）北京英柏生物科技有限公司基于SPR技术研发的表面等离子共振检测仪MI-S200，荣获2019年度中国分析测试协会科学技术奖BCEIA金奖。MI-S200能够在各种条件下通过实时监控分子之间相互作用的全过程，从而获取结合解离动力学的过程和相关的结合解离常数等重要数据。该产品具有高灵敏度的柱面一体式传感器，自主研发的中英文控制及数据分析软件，支持个性化定制实验流程。8.表面等离子体共振仪SPR▲表面等离子体共振仪 SPR（ 点击查看 ）KEI公司成立于2012年，专注于设计并制造SPR 仪器和软件，并将其与分子间相互作用的电化学表征 (ESPR) 相结合。KEI 公司的表面等离子体共振仪SPR采用变化频率为76Hz的扫描镜改变入射光角度的方法，使光线产生4000m°的变化范围，另外配备分辨率达0.05 m°的检测器，提供更精确的测量结果。偏移角可以通过旋转手柄实现手动调节，以获得最广的动态角度范围。KEI SPR 采用开放式设计，可连接到任何其他恒电位仪/恒电流仪，同时采用进样针进样，对管道和样品无污染。其次是基于生物膜干涉（Bio-Layer Interferometry, BLI）研发的生物分子相互作用仪器。9.赛多利斯OctetR8生物分子相互作用分析系统▲赛多利斯 OctetR8 生物分子相互作用分析系统（点击查看）赛多利斯基于BLI技术研发的OctetR8生物分子相互作用分析系统，在基础研究、生物制药发现与开发、药物质量控制等应用中展现更高的灵活性，并实现更广的功能性。进行定量分析，使用浸入即读TM的生物传感器提供实时的结合常数ka、解离常数kd以及亲和力常数KD。亲和力检测范围更广，从mM（毫摩尔）至pM（皮摩尔），可实现从片段、小分子、核酸、蛋白，到病毒、细菌、细胞等各类生物分子亲和力的检测。没有液流系统，不存在堵塞风险，即可即用，无需对仪器进行清洗和复杂维护，大大降低维护成本。兼容粗提样本，无需进行样品预处理（如纯化、标记等）。近年来，基于微量热泳动（MicroScale Thermophoresis, MST）技术开发的大分子相互作用仪也开始纷纷亮相。10.NanoTemper 新一代生物分子互作检测仪 Monolith▲NanoTemper 新一代生物分子互作检测仪 Monolith（ 点击查看 ）德国 NanoTemper 公司于2020年推出的新一代生物分子互作检测仪Monolith系列，提供更加简捷、快速并精准分析生物分子相互作用的分析方法。新一代Monolith系列是基于MST技术研发的新平台，能够实现24个样品的同时检测，精确的温度控制（20-40 °C +/-0.5 °C），具备灵活的检测方式，根据样品随意切换检测灵敏度，仅微量样品，即可在溶液中直接测定，无需固定，速度快，10分钟之内即可获得亲和力数据。随着科学技术发展，涌现了一系列新技术，比如光栅耦合干涉（GCI）技术、组分-梯度多角度光散射（CG-MALLS）技术和微流控扩散测量（MDS）技术等。近年来，基于这些新技术原理开发的大分子相互作用仪纷纷崭露头角，或能成为市场“黑马”。11. Creoptix分子相互作用仪 WAVE delta▲Creoptix 分子相互作用仪 WAVE delta（ 点击查看 ）Creoptix（瑞士）公司基于光栅耦合干涉技术（Grating-Coupled Interferometry , GCI）搭配微流体独特设计和Google公司研发的自动化软件研发出WAVE分子间相互检测系统，突破了SPR技术的局限性，Creoptix WAVE 系统产生的消逝波（evanescent field）仅在芯片表面与样品溶液接触，并且延长了其与样品相互作用的长度，以确保更低的信噪比(0.015pg/mm2)。凭借WAVE的低检测限，可轻松获取无标记互作分子高精度的动力学速率，亲和常数及浓度数据。即使检测丰度较低的样品，仍可确保数据不失真。兼容48，96，384板任意组合，120h无人值守运行。12.Calypso生物大分子相互作用分析仪▲Calypso 生物大分子相互作用分析仪（ 点击查看 ）美国Calypso是一个以组分-梯度多角度光散射（CG-MALLS）为基础的生物大分子间相互作用分析系统，可以快速、自动、无损、定量的表征大分子间的相互作用，具有重复性高、灵敏度高及无需样品修饰等诸多优点。Calypso分析系统无需对样品进行修饰（荧光标记、固定化等），且在溶液环境中测量，因此可以最大程度的保证样品的天然状态，得到最真实的结果，样品方便回收。该产品不仅具备智能化配样，消除了手动配样时的误差问题，而且具有快速的测定时间，半小时即可测得实验结果。13. fluidity one-W微流控扩散测量仪▲fluidity one-W 微流控扩 散测量仪（ 点击查看 ）Fluidity One-W是Fluidic Analytics公司开发的第二款产品，于2019年11月18日发布。基于微流控扩散测量（MDS）技术开发的全新技术平台，能够在溶液中、在天然状态下分析蛋白质的相互作用，不需要通过结合表面、基质或电离。Fluidity One-W测量的流体动力学半径可用于分析蛋白质复合物的结合比例，能够为疾病诊断、治疗开发和个人健康领域的研究提供很大的帮助。技术参数：测量范围（流体动力学半径）0.7-20nm范围（分子量）0.5kDa-14MDa精度±10%准确度CV10%灵敏度1nM Alexa Fluor™ 488运行参数上样量5μL运行时间小分子量蛋白质和多肽-8分钟大分子蛋白质-14分钟适用缓冲液兼容纯缓冲液以及溶菌物原液试剂盒运行容量96尺寸40*40*43cm检测方式荧光适合标记物GFP,EITC，Alexa Fluor™ 488及同等产品 以上，就是小编为大家整理的大分子相互作用仪选型推荐相关内容，更多仪器，请点击进入“大分子相互作用仪”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。