首頁 >> 公司動(dòng)態(tài) >> 顛覆認(rèn)知，重塑可能 | 全新Orbitrap Astral質(zhì)譜儀在蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用中的進(jìn)展
2023年6月4日，ASMS會(huì)議中，賽默飛推出了基于全新質(zhì)量分析器的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，為生命科學(xué)質(zhì)譜應(yīng)用帶來了未來的無限可能。蛋白質(zhì)組學(xué)因其在理解生命科學(xué)中的重大意義及技術(shù)上對(duì)于質(zhì)譜儀的高分辨率、高靈敏度、高質(zhì)量精度以及定量準(zhǔn)確性的全方位高要求，使得我們愈發(fā)得期待全新Orbitrap Astral質(zhì)譜儀能夠?yàn)榈鞍踪|(zhì)組學(xué)向更快、更深、更全面的發(fā)展提供幫助。而全新Orbitrap Astral質(zhì)譜儀的表現(xiàn)如何呢？讓我們用數(shù)據(jù)說話~
在對(duì)于生命體的理解中，作為生命活動(dòng)的最終執(zhí)行者，蛋白質(zhì)的重要性不言而喻；而蛋白的復(fù)雜性極高，在不同的物種、組織、細(xì)胞等層級(jí)中，它具有不同的時(shí)空表達(dá)特異性；在這些變化中，同樣的蛋白可能會(huì)有不同的形態(tài)，而呈現(xiàn)中多種多樣的功能；而這些變化可能發(fā)生在不同的細(xì)胞中，也可能發(fā)生在不同的細(xì)胞組分甚至是不同的蛋白復(fù)合物中。
分析蛋白質(zhì)的金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是質(zhì)譜技術(shù)，現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)的分析中，我們明確的有三個(gè)大的方向亟待改進(jìn)：
1. 檢測(cè)通量，我們需要將檢測(cè)的能力提升至上萬個(gè)樣品的大隊(duì)列的水平；
2. 更高的蛋白組覆蓋度，我們期待在每次檢測(cè)中都能夠得到所分析樣品更高的蛋白鑒定深度，從而鑒定與定量更多感興趣的蛋白；
3. 靈敏度，即在極低量的樣品中如單細(xì)胞樣品中即可獲得最大蛋白組覆蓋度的能力。
賽默飛一直致力于多個(gè)質(zhì)譜質(zhì)量分析器的組合，期待它們能如同交響樂般的發(fā)出混合且和諧的聲音，對(duì)于質(zhì)譜儀而言，我們現(xiàn)在所使用的質(zhì)譜儀無疑是非常強(qiáng)大的，以Orbitrap為例，它具有超高的分辨率、質(zhì)量精度和動(dòng)態(tài)范圍，它一直支撐著我們走過了蛋白質(zhì)組學(xué)的蓬勃發(fā)展的階段，時(shí)代的腳步再一次來到了全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，在這里，我們將在檢測(cè)通量、蛋白組覆蓋深度、靈敏度及精準(zhǔn)定量等多個(gè)維度展示其超強(qiáng)悍的性能：
圖1：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀全面提升蛋白質(zhì)組學(xué)分析能力
首先，我們看檢測(cè)通量的變化：
現(xiàn)在我們的科學(xué)家們所擁有的的豐富的樣品量與目前市面上的質(zhì)譜所能提供的單日檢測(cè)通量有著顯著的矛盾，目前我們的質(zhì)譜儀約能提供的單日最大檢測(cè)通量約為48個(gè)樣品，而Orbitrap Astral 創(chuàng)造歷史的將這個(gè)值提升至每天180個(gè)樣品，這使得蛋白質(zhì)組學(xué)在分析中的限速步驟不再是質(zhì)譜的通量；每天180個(gè)樣品通量意味著我們的單個(gè)樣品總梯度為8min，實(shí)際分離梯度為5.5min，超短的梯度能提供超過8000個(gè)protein group的鑒定深度！而如果使用略長(zhǎng)的14.4min梯度，達(dá)到100SPD（單日檢測(cè)樣品量），可以得到單個(gè)樣品9000個(gè)protein group的鑒定深度；而24min梯度60SPD，則可以得到單針超過10000個(gè)蛋白的鑒定；60min梯度就可以得到超過12000個(gè)蛋白的鑒定水平；超高的檢測(cè)通量兼具鑒定深度，使得用戶能更加游刃有余的根據(jù)其實(shí)驗(yàn)需求，在檢測(cè)樣品通量與樣品鑒定深度之間尋求更好的平衡；更深的鑒定能力帶來對(duì)于生物學(xué)功能的更深的認(rèn)知，我們期待著全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀帶給我們更有趣的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)！
圖2：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀兼具超高的檢測(cè)通量與深度蛋白組覆蓋能力（點(diǎn)擊查看大圖）
TMT技術(shù)路線是定量蛋白質(zhì)組學(xué)的重要方法之一，目前TMT的通量已經(jīng)達(dá)到18-plex，而全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，其結(jié)合了超高分辨率和動(dòng)態(tài)范圍的Orbitrap質(zhì)量分析器與超高掃描速度及超高靈敏度的Astral質(zhì)量分析器，分別執(zhí)行一級(jí)與二級(jí)掃描，二級(jí)Astral質(zhì)量分析器在m/z524時(shí)的分辨率約為8萬分辨率（m/z130時(shí)分辨率約為5萬），適用于分辨TMT的報(bào)告離子從而進(jìn)行TMT定量。如果將TMT樣品分為2個(gè)fraction，運(yùn)行90min梯度，即可拿到8000個(gè)定量蛋白；按照TMT-18plex的通量，我們可以達(dá)到每天144個(gè)樣品的檢測(cè)通量；而如果我們使用4個(gè)fraction進(jìn)行檢測(cè)，則可以拿到超過10000定量蛋白。
圖3：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為TMT定量檢測(cè)注入全新動(dòng)力（點(diǎn)擊查看大圖）
其次，我們來關(guān)注蛋白組的覆蓋度：
更深的蛋白質(zhì)組覆蓋度一直是我們的追求，以目前的質(zhì)譜技術(shù)，蛋白鑒定的最大深度在12000個(gè)蛋白附近，這個(gè)值與mRNA測(cè)序相當(dāng)；其實(shí)我們?nèi)绻胍褂觅|(zhì)譜技術(shù)來實(shí)現(xiàn)目前的鑒定深度，要牽扯到很多步驟，一般需要進(jìn)行離線分級(jí)后多針上機(jī)檢測(cè)的操作，比如，我們可以首先運(yùn)行一個(gè)77min的離線分離梯度，收集46個(gè)餾分，每個(gè)餾分33min梯度；消耗了34.5個(gè)小時(shí)，最終達(dá)到12000個(gè)蛋白的鑒定水平；人們用這種方法，這樣的蛋白鑒定深度，得到了很多生物學(xué)信息，比如腫瘤細(xì)胞系的通路等，發(fā)現(xiàn)了很多關(guān)鍵蛋白；如果我們想把這樣的技術(shù)路線用在真正的大規(guī)模研究上，它對(duì)機(jī)時(shí)的消耗過于巨大了，實(shí)驗(yàn)過程過于艱苦；而我們使用全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，能夠?qū)崿F(xiàn)單針，60min色譜梯度的情況下，即可達(dá)到12000個(gè)蛋白的鑒定；那如果我們?cè)?span>Orbitrap Astral上也使用多次進(jìn)樣的方法，4.5小時(shí)我們就可以拿到超過15000個(gè)蛋白了，這也使得我們?cè)跉v史上第一次無限接近于整個(gè)蛋白質(zhì)組的鑒定深度。其一天內(nèi)的鑒定通量達(dá)到了8個(gè)proteomes的水平，我們真正具備了處理大規(guī)模研究的能力。
圖4：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為蛋白質(zhì)組學(xué)帶來前所未有的鑒定深度（點(diǎn)擊查看大圖）
在蛋白質(zhì)組學(xué)中，除了常規(guī)的細(xì)胞裂解液樣品，解決具有極大的動(dòng)態(tài)范圍的血液樣品也是巨大的挑戰(zhàn)。在180個(gè)SPD的通量下，未經(jīng)高豐度去除的血漿樣品可以達(dá)到600個(gè)蛋白的鑒定水平，若需要更深的覆蓋度，經(jīng)seer處理后的5個(gè)fraction長(zhǎng)梯度可達(dá)到超過6000個(gè)蛋白鑒定深度。而使用30min梯度分析經(jīng)富集的血漿樣品（5個(gè)fraction單獨(dú)進(jìn)樣），DIA方法更是能夠重復(fù)定量樣品里的4500多種蛋白。全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀鑒定深度，使得我們的用戶可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，在鑒定深度與通量之間尋求到平衡。
圖5：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為血液樣品研究帶來新的可能（點(diǎn)擊查看大圖）
而后，我們來關(guān)注靈敏度：
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如今單細(xì)胞組學(xué)快速走進(jìn)了人們的視野，要進(jìn)行更深度、更高通量的單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)，對(duì)質(zhì)譜的靈敏度提出了更高的要求。我們研究蛋白質(zhì)組學(xué)，從來便是越深入越困難。而全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，可以以極高的速率進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范圍的檢測(cè)，同時(shí)兼具超高的靈敏度。在進(jìn)行單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的檢測(cè)中，全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜使得我們可以以80個(gè)SPD的檢測(cè)通量(18min梯度單針運(yùn)行時(shí)間)的同時(shí)得到超過5000個(gè)蛋白的鑒定水平。這表明，使用全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，我們可以在檢測(cè)通量翻倍的同時(shí)，得到更高的蛋白鑒定能力，從而為單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。
圖6：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)樹立新的標(biāo)準(zhǔn)（點(diǎn)擊查看大圖）
定量蛋白質(zhì)組學(xué)不僅追求更高的鑒定能力，我們也同時(shí)迫切的需要更加精準(zhǔn)的定量，從而為我們提供準(zhǔn)確的差異蛋白信息，指導(dǎo)生物學(xué)研究。全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀具有在寬線性動(dòng)態(tài)范圍的基礎(chǔ)上的精準(zhǔn)的定量能力，如圖7，在經(jīng)過不同比例混樣的樣品比較中，Orbitrap Astral所產(chǎn)生的定量比值，均符合實(shí)際混樣比例，提供了精準(zhǔn)的定量比值。甚至即使是極低的拷貝數(shù)的蛋白(如200-3000個(gè)拷貝數(shù))，Orbitrap Astral也能提供精準(zhǔn)的定量值。
圖7：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀展現(xiàn)了精準(zhǔn)的定量性能（點(diǎn)擊查看大圖）
在擁有了強(qiáng)勁的性能后，我們還需要儀器能夠更加穩(wěn)健的運(yùn)行：在儀器的魯棒性測(cè)試中，進(jìn)行了超過2200次進(jìn)樣，其間的QC數(shù)據(jù)均表現(xiàn)出優(yōu)異的鑒定穩(wěn)定性與重現(xiàn)性。
圖8：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀擁有優(yōu)異的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性（點(diǎn)擊查看大圖）
總 結(jié)
賽默飛全新劃時(shí)代的蛋白質(zhì)組學(xué)工作流，為您的蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供無縫銜接的全面支持。新的時(shí)代，無比期待!
圖9：賽默飛全新劃時(shí)代的蛋白質(zhì)組學(xué)工作流
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