Science：开发出下一代单分子蛋白测序技术

在一项新的研究中，来自美国Quantum-Si公司的研究人员展示了通过半导体芯片和时域测序（Time Domain Sequencing）技术进行单分子蛋白测序将如何改变生命科学和生物医学研究。这种首创的测序过程，使人们对蛋白有了无可比拟的了解，将推动药物发现和诊断，为世界带来变革性的健康和疾病见解。相关研究结果发表在2022年10月14日的Science期刊上，论文标题为“Real-time dynamic single-molecule protein sequencing on an integrated semiconductor device”。

由世界著名科学家、企业家和美国国家技术与创新奖章获得者Jonathan Rothberg博士创立的Quantum-Si公司开发了它的下一代单分子蛋白测序技术，以提供更好、更全面的方法来研究蛋白，并影响现代疾病诊断。

Rothberg博士说：“能够与世界分享我们的第一代单分子蛋白测序技术，我感到自豪和兴奋。正如我与我的第一个基因组学合作者在DNA测序方面所做的工作导致Svante Pääbo获得诺贝尔奖一样，我完全期待Quantum-Si开发的技术的早期采用者能够做出同样深刻和有影响的发现。”

正如这篇论文所描述的那样，Quantum-Si公司的半导体芯片包含数百万个孔，这些孔可以并行地对许多蛋白进行编目，并了解这些蛋白是如何在单分子水平上受到修饰的。该公司的下一代测序系统利用蛋白和酶来检测和切割氨基酸，这些蛋白和酶来源于在细胞中进行类似过程的自然发生的途径。这种方法消除了其他技术面临的复杂化学和大型、昂贵设备的障碍，同时提供了加快生物医学研究所需的灵敏度、可扩展性和易使用性。

半导体芯片运行

论文共同通讯作者、Quantum-Si公司研究主管Brian D. Reed博士说，“用小型台式仪器对单个蛋白分子进行大规模平行测序的概念在以前是无法想象的。科学家们一直使用间接方法来了解蛋白，并一直在等待能够像DNA测序对基因组学的影响一样，对蛋白质组学产生变革的工具。我们的平台能够绘制蛋白修饰图谱，而其他技术很难检测到这些修饰，这将大大促进我们对蛋白在健康和疾病中的功能和调节的理解。”

这篇论文概述的关于Quantum-Si公司单分子蛋白测序过程的其他信息包括：（1）一种动态方法，其中单肽被一组染料标记的可识别N端氨基酸的蛋白实时探测，同时被氨基肽酶切割；（2）通过测量集成半导体芯片上的荧光强度、寿命和结合动力学，对氨基酸进行注释并识别肽序列；（3）识别器以信息丰富的方式识别多个氨基酸，能够辨别单个氨基酸的替换和翻译后修饰，从而能够更详细地了解单个蛋白及其变化，用于未来的疾病识别和预防。

参考资料：

Brian D. Reed et al. Real-time dynamic single-molecule protein sequencing on an integrated semiconductor device. Science, 2022, doi:10.1126/science.abo7651.