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黄敏
2024年10月5日，深圳湾实验室、北京大学、清华大学等单位的科研人员合作在Nature Communications期刊发表了题为Biofunctionalized dissolvable hydrogel microbeads enable efficient characterization of native protein complexes的研究论文，主要报道了一个新型非变性蛋白质复合物的高效纯化及表征方案SNAP-MS (Stationary-phase-dissolvable Native Affinity Purification and Mass Spectrometric characterization）。
研究人员利用水凝胶材料开发了新型可溶性亲和微珠，捕获目标蛋白或复合物后，采用溶解的方式将目标蛋白回收至溶液中，该溶液可与质谱兼容，直接用于非变性质谱表征（图1）。文中将这种新型纯化方法与之前传统的亲和纯化策略进行了多方面的对比，也进行了自身材料的优化，对这部分内容感兴趣的小伙伴们可以在原文中获得更多的信息。
图1 SNAP-MS 流程
（点击查看大图）
而作为质谱技术的爱好者们，相信大家也都关注到了，文章中主要的蛋白表征手段是非变性质谱分析，数据采集使用了 Orbitrap Q Exactive UHMR 质谱仪。提到这台仪器，脑子里冒出的关键词基本上都是和大分子量有关系了，m/z高，特殊优化的离子传输组件，源内捕获等等等等，可能大家也好奇它的数据质量到底怎样，那么我们就以文中的几个图给大家做个展示。
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获取蛋白复合物的化学计量信息
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Top-down 分析
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解析异质性高的糖蛋白
专家访谈
王冠博
北京大学生物医学前沿创新中心，研究员
请您谈谈本研究的难点在哪里？
作为一个主要面向蛋白复合物的分析策略，非变性质谱最终需要解决生物医学分析中的问题。尽管质谱对纯度的要求相对较低，非变性质谱的应用多年来仍然主要局限在高度纯化的蛋白以及体外重构的复合物范畴，尚不能作为生物样本乃至临床样本的常规分析手段提供更直接的信息。思维惯性是技术开发和应用中的最大困难，如何与生物医学需求有效对接是我们面临的切实要务。清华大学王建斌教授不仅了解生物学家的需求，对化学分析原理也有很精深的见解，这样的合作促使我们用新思维去尝试提升理论性能到实际价值的转化率。课题也得到清华大学王宏伟教授的大力指导，强化了纯化、质谱和冷冻电镜的对接。合成体系优化以及流程细节验证都导致课题执行周期远超预期，两位一作在文章发表前已经博士毕业，重重压力也是实际需要克服的困难。
UHMR 组合型四极杆 Orbitrap质谱仪在该研究中发挥了怎样的作用？
我们的目标体系呈现分子量分布宽和异质性高两大特点：目标复合物分子量动辄达到数百万道尔顿（MDa），要求仪器有充分的质量检测范围；大量目标蛋白存在糖基化等复杂修饰，高异质性导致信号难以解析，我们所开发的一系列解决方案也要求仪器具有充分的分辨能力。我在荷兰Heck课题组工作期间参与了UHMR原型机验证，对它的性能有比较早的了解；我们的质谱团队在北大黄岩谊教授支持下购置了国内第一台UHMR仪器，它同时具备的超高质量范围和超高分辨两大性能提供了胜任研究目标的硬件保障。
本研究开发的SNAP-MS技术流程对实现天然蛋白复合物的高效分析及应用有哪些深远意义？
首先谈不上深远，我们这个课题的初心是能为蛋白结构质谱应用于生物样本乃至临床样本发挥一小步实实在在的推进作用。文章发表只能说明数据结果获得了评阅同行和编辑的认可，技术就绪程度还需要业界的广泛检验。先驱们打出了非变性质谱、top-down组学等结构质谱策略的旗帜，我们希望能作为火把传递的一员为这些技术的普适工具化出一份力。SNAP-MS只是一个开端，我们会继续以实际应用场景作为指引，结合仪器的优势性能，在天然化、原位化的方向上尝试一系列的技术拓展，努力让更多结构质谱方法呼之即来，来则可用。
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