Kỹ thuật Proteomics

1.Proteomics là gì?

 Protein là các đại phân tử sinh học quan trọng đóng vai trò thiết yếu trong mọi sinh vật sống. Chúng thực hiện nhiều chức năng đa dạng, từ việc cấu tạo nên các cấu trúc như sợi cơ, xúc tác các phản ứng sinh hóa (qua các enzyme) đến tham gia vào quá trình tổng hợp và sao chép DNA.

Toàn bộ tập hợp các protein được hoặc có thể được biểu hiện bởi một bộ gen, tế bào, mô hoặc sinh vật tại một thời điểm nhất định được gọi là proteome. Proteome là nền tảng chức năng của tế bào và sinh vật. Thuật ngữ 'proteome' là sự kết hợp của 'protein' và 'genome'.

Proteomics là ngành khoa học nghiên cứu về proteome. Các nhà khoa học nghiên cứu proteomics tập trung vào việc xác định danh tính, cấu trúc, hàm lượng và tương tác của các protein. Mục tiêu của proteomics là hiểu rõ hơn về vai trò của các protein trong các quá trình sinh học, từ đó ứng dụng vào việc nghiên cứu bệnh tật, phát triển thuốc và các lĩnh vực khác.

2. Phân Tích Proteomic

Có hai phương pháp chính được sử dụng trong nghiên cứu proteomics: phương pháp "từ trên xuống" (top-down) và phương pháp "từ dưới lên" (bottom-up).

Phương pháp bottom-up còn được gọi là proteomics dựa trên peptide. Trong phương pháp này, protein được phân hủy bởi enzyme trypsin và sau đó được tách riêng bằng cột sắc ký chuyên biệt, tiếp theo là phân tích các peptide bằng khối phổ (MS). Phương pháp bottom-up có thể được phân loại thành hai nhóm dựa trên bước phân tách.

• Phương pháp đầu tiên sử dụng điện di hai chiều (2-DE) để tách riêng các protein từ gel. Sau đó, các protein được tiêu hóa thành các peptide để xác định bằng MS.
• Phương pháp thứ hai được gọi là "shotgun proteomics". Trong phương pháp này, quá trình phân hủy protein diễn ra trước khi tách riêng, và sắc ký lỏng (LC) được sử dụng để tách các peptide trước khi phân tích bằng MS.

 Trong proteomics top-down, toàn bộ protein hoặc các đoạn polypeptide lớn được phân tích trực tiếp bằng MS. Khối lượng phân tử của protein đôi khi được tính bằng cách sử dụng phương pháp ion hóa điện phun (ESI) tiếp theo là phương pháp ion hóa laser hỗ trợ ma trận (MALDI) MS. Proteomics top-down có thể xác định được protein có khối lượng phân tử lớn hơn 200 kDa.

Nhận dạng Protein

Quy trình phân tích protein tương tự như việc giải mã một câu đố sinh học. Đầu tiên, các protein phức tạp được phân hủy thành các peptide nhỏ hơn bằng các enzyme đặc hiệu. Tiếp theo, các peptide này được tách riêng dựa trên kích thước và điện tích bằng các kỹ thuật sắc ký hoặc điện di. Mỗi peptide sau đó được ion hóa và phân tích bằng khối phổ để xác định khối lượng chính xác và trình tự amino acid. Cuối cùng, thông tin thu được được so sánh với các cơ sở dữ liệu protein đã biết để xác định danh tính của protein ban đầu.

Targeted Proteomics

Quy trình phân tích định lượng protein thường bao gồm các bước chính sau: chuẩn bị mẫu, tiêu hóa protein, tách peptide bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), ion hóa và phân mảnh peptide bằng khối phổ và xử lý dữ liệu. Sau khi protein được thủy phân thành các peptide bằng các enzyme đặc hiệu (thường là trypsin), hỗn hợp peptide thu được được tách trên cột sắc ký HPLC sử dụng pha động thích hợp. Các peptide mục tiêu được đưa vào máy khối phổ để ion hóa bằng các kỹ thuật như electrospray ionization (ESI) hoặc matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI). Các ion peptide sau đó được phân mảnh để tạo ra các ion con, từ đó xác định trình tự amino acid và khối lượng phân tử của peptide. Dữ liệu khối phổ thu được được xử lý bằng các phần mềm chuyên dụng để định lượng chính xác các peptide bằng các phương pháp như multiple reaction monitoring (MRM) hoặc parallel reaction monitoring (PRM).