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自动化助力蛋白质组学样本高质量制备

点击次数:176 更新时间:2024-07-09

蛋白质组学研究是一项涵盖蛋白质表达、蛋白间相互作用、蛋白功能、蛋白结构和翻译后修饰的综合科学研究。蛋白质组学的研究具有重大的潜力,可以解开疾病复杂机制,寻找疾病早期诊断的分子标志物和解决方案,促进疾病研究发展。蛋白质组学的研究在各个领域都具有广泛的应用,如临床与健康学研究、食品技术、生物标志物的发现,以及药物靶标的鉴定。


蛋白质组学实验流程复杂,有较高的操作和实验技能的要求。完整的实验步骤一般包括实验设计、样品前处理、LC-MS/MS分析、数据库检索、生物信息学分析等多重步骤。其中蛋白质组样品前处理是确保数据重现性、一致性的关键,对于稳定的下游分析至关重要。质谱检测多肽质荷比,盐类以及其他离子化的物质都可能对结果产生干扰。同时,手工实验需要投入大量人工操作时间,压缩了分析时间。此外,劳动密集型步骤导致人为误差比率增大,不同个人和实验室间的准确性和重现性差异大,特别是在高通量条件下。自动化样本制备的方法可减少手动操作时间,提高蛋白质覆盖率,帮助获得高重现、高质量的结果。


贝克曼库尔特生命科学利用功能强大的自动化设备和丰富的自动化经验,开发了一套标准的自动化实验流程包括变性、还原、烷基化、淬灭、稀释、消化和脱盐,应用于LC-MS/MS分析全血,血浆,干血斑等样品中产生的多种血浆蛋白,为不同类型样本用于疾病诊断、生物标志物发现和常规临床分析提供可靠的实验数据依据。


自动化助力蛋白质组学样本高质量制备

图1:蛋白质组学样本自动化处理实验流程





Biomek i7 Hybrid自动化样品前处理系统


成功的蛋白质组学分析实验始于精心设计的样品前处理方法和自动化解决方案,对于自动化样品前处理,Biomek i7 Hybrid自动化样品前处理系统为双机械臂系统,每个机械臂同时配备移液系统和抓板手,2个抓板手可同时运行。拥有45个有效标准板位的台面容量,台面通过简单配备温控和震荡功能模块以及整合正压固相萃取模块,即可完成包括蛋白变性、还原、烷基化、蛋白酶解、脱盐和肽段纯化所有前处理流程。

自动化助力蛋白质组学样本高质量制备

图2:系统示意图


使用该系统实现自动化蛋白质样品前处理,可大大减少操作差异、样品处理错误,并节省人力。预先优化验证的方案支持无人值守,每个人只需通过简单的培训即可实现自动化操作。下图为系统使用集成的正压模块进行自动化固相萃取,完成脱盐流程。



自动化助力蛋白质组学样本高质量制备


自动化助力蛋白质组学样本高质量制备


自动化助力蛋白质组学样本高质量制备


自动化助力蛋白质组学样本高质量制备


图3:正压过滤模块(PPA)




应用案例

本实验开发了一种更高效、稳定、适用性强的标准蛋白质组样本制备流程,将样品分为中等通量(20样本/天)和高通量(57个样品/天)通过自动化的样本处理流程产生高质量的肽段,然后利用液相色谱和质谱联用平台(LC-MS/MS)对肽段进行分析,获得3日内、日间不同样本的CV和不同数量的肽段。

自动化助力蛋白质组学样本高质量制备

图4:Biomek 自动化标准实验流程和桌面布局(附带正压模块PPA照片)




结果展示

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图5:总蛋白组学工作流CV=工作站CV + LC-MS/MS CV

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图6:总蛋白组学工作流CV




自动化样品制备的日内重现性CV:4%-20%,结果表明自动化流程对高通量样本处理的稳定性满足需求。

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图7:A)中通量样品分析和肽段鉴定   

B)高通量样本分析和肽段鉴定





每个样本做5次重复,一共重复3日,并且利用LC-MS/MS平台对中通量数据和高通量数据进行了分析,对于中通量样本的研究发现全血样本可鉴定出最大数量为365的肽段,对于高通量样本的研究发现干血斑可鉴定出最大数量为324的肽段。


总而言之:自动化蛋白质组样本前处理系统对于不同类型的血液样本(血浆,全血,血斑等),都可以获得重现性高,质量高的肽段,用于下游的定量和分析。


(备注:该自动化平台不仅可用于蛋白质组学样本研究,而且可进一步扩展适用于代谢组学和脂质体的研究。)


优势总结

综上,小贝为您总结了自动化蛋白质组样本前处理的优势:

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参考文献

1. Wright, I. & Van Eyk, J. E. A Roadmap to Successful Clinical Proteomics. Clinical Chemistry 63,245–247 (2017).

2. Malsagova, K. et al. Dried Blood Spot in Laboratory: Directions and Prospects. Diagnostics(Basel, Switzerland) 10, (2020).

3. Fu Q, Kowalski MP, Mastali M, et al. Highly Reproducible Automated Proteomics Sample Preparation Workflow for Quantitative Mass Spectrometry. Journal of Proteome Research. 2018;17(1):420-428.doi:10.1021/acs.jproteome.7b00623.

4. Mc Ardle A, Binek A, Moradian A, Chazarin Orgel B, Rivas A. et al. Standardized Workflow for Precise Mid- and High-Throughput Proteomics of Blood Biofluids. Clinical Chemistry. 2021 Oct 23: hvab202. doi: 10.1093/clinchem/hvab202. Epub ahead of print.

5. Casey W Coutelin Johnson et al. Fully Automated Peptide Desalting for Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry Analysis Using Beckman Coulter Biomek i7 Hybrid Workstation.Beckman Coulter Life Sciences.





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