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赛默飞世尔,作为全球抗疫先锋之一,在背后助力全球科学家的研究,守护我们的健康,让世界更安全!

 

由SARS-CoV-2(2型严重急性呼吸综合征冠状病毒)引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)具有高传染性。全球顶尖的科学家针对新冠病毒进行争分夺秒的研究,诞生许多优秀的研究成果,助力病毒的防疫和治疗,基于高分辨Orbitrap质谱组学技术陆续诞生了许多成果,发表在Science,Nature,Cell等期刊杂志上,本文将陆续讨论相关内容。

 

部分相关高水平成果内容见下图。

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图.全球学者发表新冠研究部分高水平研究成果(点击查看大图)

 

01亲和纯化Orbitrap质谱鉴定病毒-人类蛋白互作蛋白寻找治疗靶点

 

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多个庞大的研究团队最近联合在Nature上发表文章,题为“A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing”,利用亲和纯化质谱技术,发现SARS-CoV-2病毒-人类蛋白相互作用图谱,并进行靶点筛选,活性验证,找到69种潜在靶向治疗新冠肺炎的化合物[1]。

 

研究人员首先克隆标记和表达了29种SARS-CoV-2中的26种蛋白质,利用亲和纯化质谱方法(AP-MS)鉴定出与之相关的人类蛋白质组,采用的是Easy1200纳升液相和QE Plus高分辨质谱,单次分析时长为75min。结果共鉴定了332条高可信SARS-CoV-2与人蛋白质间相互作用(PPI),详细分析流程与定性结果分析见下图所示。

 

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图.病毒-人蛋白互作蛋白全局分析(点击查看大图)

 

接着,通过生物信息学分析相互作用组,确定主要的细胞过程相互作用的蛋白质,包括脂蛋白代谢(S),核转运(Nsp7)和核糖核蛋白复合物的生物发生(Nsp8),通过蛋白的生物学功能寻找针对相关蛋白靶点的小分子化合物,详细结果见下图网络所示。

 

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图.生物信息学分析宿主与病毒蛋白之间不同相互作用(点击查看大图)

 

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图.SARS-CoV-2相互作用蛋白组揭示了相关生物学和药理靶点(点击查看大图)

 

最终进行大规模筛选药物,寻找抑制病毒活性较好的分子(结果详见文章数据),最终确定69种分子,其中有66种可用作药物(29种FDA批准的药物,12种临床试验药物和28种临床前化合物)。最终筛选后的化合物,有望用于临床治疗新冠肺炎。

 

02 蛋白质组学技术揭示新冠感染宿主细胞分子机制以及治疗靶点

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SARS-CoV-2与其他冠状病毒有相似之处,但是现阶段缺乏对SARS-CoV-2感染的治疗进一步理解。来自德国歌德大学和法兰克福大学医院的研究团队发表论文题为“Proteomics of SARS-CoV-2-infected host cells reveals therapy targets”于Nature期刊。

 

利用基于Orbitrap的蛋白质组学技术确定由SARS-CoV-2感染调节的宿主细胞途径,抑制这些途径,可以阻止人类细胞中的病毒复制。作者构建了SARS-CoV-2感染人结肠细胞株模型,通过多重增强蛋白质动力学(multiplexed enhanced protein dynamicsme,mePROD)方法对感染后的不同时间进行蛋白质组学分析,结果表明,SARS-CoV-2重塑了中央细胞通路,例如蛋白翻译,剪接,碳代谢以及核酸代谢。靶向这些途径的小分子抑制剂可以阻止病毒在细胞中复制[2]。

 

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图.实验流程和宿主细胞受到病毒感染后变化趋势(点击查看大图)

 

结果揭示了SARS-CoV-2的细胞感染情况,并找到有关抑制新冠病毒复制的药物。该结果预期可以揭示SARS-CoV-2感染后人宿主细胞调节分子机制。已经有一些药企开始相关的临床药物试验,该发现为开发COVID-19的治疗选择提供指导意义。

 

03 质谱技术用于临床样本检测-快速定量SARS-CoV-2病毒蛋白肽段

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当前与冠状病毒2(SARS-CoV-2)相关的严重急性呼吸道综合症的爆发正在紧迫全世界的公共卫生系统,大量的人口检测是控制该疾病的关键步骤。实时逆转录PCR(real-time RT-PCR)是检测病毒的金标准,但是对这种测试的高需求导致试剂和仪器的短缺,严重限制了其在大规模筛选中的适用性。为了替代或作为实时RT-PCR测试的补充,作者开发了一种高通量靶向蛋白质组学测定方法,直接从临床呼吸道样品中检测SARS-CoV-2蛋白,技术流程见下图。使用机器人平台进行基于磁珠法的改进蛋白质组学方法,流程完全自动化,实现快速处理样品。

 

首先基于DDA方法对新冠病毒蛋白进行鉴定,挑选合适的目标肽段,详细见下图所示。然后利用thermo四通道液相进行在线样品净化和UPLC分离,方法见下表。在2.5分钟内实现了对SARS-CoV-2核蛋白和N15标记内标肽的MS/MS检测,每天可分析500多个样品[3]。

 

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图.样本检测病毒蛋白肽段技术流程(点击查看大图)

 

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图.新冠病毒蛋白鉴定结果(点击查看大图)

 

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表.四通道液相快速分析方法参数(点击查看大图)

 

最终挑选出合适的肽段进行靶向定量分析,肽段序列及离子碎片如下图所示。

 

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表.靶向定量肽段序列多反应监测详细参数(点击查看大图)

 

最终该方法对先前已使用实时RT-PCR进行分析的562个样本进行验证,能够检测出83%以上的阳性病例。方法灵敏度和特异性见下图所示。没有发现来自其他冠状病毒(NL63,OC43,HKU1和229E)在内的普通呼吸道病毒样品的干扰。该策略具有较高稳定性和低成本,可被视为大样本检测的一种选择或补充。

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图.不同检测方法的灵敏度和特异性比较(点击查看大图)

 

此外,由西湖大学团队、温州医科大学台州医院团队以及凯莱谱团队等合作在Cell上发表题为“Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera”的研究成果[4]如下。

 

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研究人员对99例新冠肺炎患者血液中的蛋白质和代谢物分子进行系统检测,利用多组学方法研究重症患者血清的多种蛋白和代谢物分子表型,寻找潜在生物标志物。

 

新型冠状病毒(2019-nCoV)肺炎疫情来势汹汹,全球疫情极其严重,为了预防和治疗疾病,现在已投入大量的研究,未来也需要更进一步了解疾病,围绕其预防,诊断以及治疗进行研究,会是保护健康安全的重要一部分。这是一场暂未结束的,没有硝烟的战争,赛默飞也在以自己的力量全力支持新冠病毒科学研究,助力研究人员消灭疫情。


参考文献
[1]Gordon D E , et al. A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing[J]. Nature, 2020:1-13.

[2]Bojkova D, et al. Proteomics of SARS-CoV-2-infected host cells reveals therapy targets[J]. Nature, 2020:1-8.

[3]Cardozo, K.H.M. , et al. Fast and low-cost detection of SARS-CoV-2peptides by tandem mass spectrometry in clinical samples 10.21203/rs.3.rs-28883/v1

[4]Bo Shen, et al.(2020) Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera. Cell.

 

如需合作转载本文,请文末留言。

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‎10-13-2022 05:30 PM
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