单分子蛋白指纹技术：揭示蛋白质多样性的新里程碑

近期发表在《自然纳米技术》期刊上的一项研究开发出一种基于荧光共振能量转移（FRET）的单分子蛋白指纹技术，可以在单个完整蛋白质分子中确定特定氨基酸和翻译后修饰的位置。该技术名为FRET X，通过DNA交换实现FRET，能够区分具有微小差异的蛋白质，因其能够在完整蛋白质上定位残基而具有这一能力。像FRET X这样具有高灵敏度的蛋白质形态识别方法，有望在蛋白质组学研究和基于生物标志物的诊断领域开辟新的机会。

蛋白质形态识别与FRET X技术：

蛋白质形态的多样性在生物学上具有重要意义，但当前的蛋白质分析方法在区分不同形态的蛋白质时效果不佳。只有在研究感兴趣的蛋白质的完整形态时，才能获得准确的蛋白质形态信息，例如通过涉及抗体等探针的亲和力方法。然而，可用的探针数量可能导致这些方法具有有限的特异性。

尽管高分辨率的天然质谱（MS）和其他自下而上的技术已经证明了它们在分析蛋白质形态剖面方面的有效性，但它们并不提供关于共同修饰序列的精确信息。替代的自上而下的碎片化实验需要大量样品、高纯度水平和广泛的数据分析。

荷兰代尔夫特理工大学卡夫利纳米技术研究所的研究人员开发了一种在单个分子水平上检查完整蛋白质的方法。由于保留了位置信息，具有相同质量的结构可以根据其不同的FRET效率轻松区分，在质谱分析中可能无法区分这些结构。

使用单分子FRET X逐个探测氨基酸可以实现亚纳米级分辨率，从而实现对无序蛋白质和折叠球形蛋白的指纹。通过使用机器学习分类器精确测量混合物中的各种形式，并确定两个O-N-乙酰葡萄糖胺（O-GlcNAc）基团的位置，可以准确分析α-突触核蛋白，这是一种结构未知的蛋白质。此外，FRET X指纹技术还与球形蛋白质Bcl-2样蛋白1、降钙素原和S100A9得到了证实。

蛋白质组学的范围：

单分子蛋白质组学面临的一个障碍是细胞中不同蛋白质种类的波动水平。由于蛋白质组的广泛变异范围，涵盖多个数量级，更常见的种类可能会掩盖较少见的种类。由于其对单个分子的高灵敏度以及在单个视野中可以识别多种蛋白质的能力，FRET X技术可以检测甚至是最稀有的蛋白质。

未来的优化措施，如自动采集和扫描阶段的实施，可以进一步提高吞吐量和灵敏度。另外，可以通过实施蛋白质富集策略来应对蛋白质水平的广泛变化范围，以便专注于特定目标。对于当前的研究，指纹技术所需的标记蛋白质少于飞图摩尔；然而，研究人员建议通过利用可用的微流控技术，灵敏度可以增加一到两个数量级。

参考文献：Full-length single-molecule protein fingerprinting

编辑：周敏

排版：李丽