用于生物分子鑒定及表征的凝膠、方法和儀器技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了用于鑒定、選擇和表征生物學(xué)樣品中的分子的計(jì)算機(jī)輔助的方法和儀器。通過(guò)分離存在于復(fù)雜混合物中的生物分子產(chǎn)生一個(gè)二維陣列。構(gòu)建一種計(jì)算機(jī)可讀的分布圖，其表示通過(guò)對(duì)二維陣列成像檢測(cè)的多數(shù)生物分子的特征性及相對(duì)豐度。計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的來(lái)自多重樣本分布圖的比較允許自動(dòng)鑒定滿足預(yù)先規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的生物分子子集。根據(jù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的指令，通過(guò)機(jī)器人裝置鑒定的生物分子可從二維陣列中被自動(dòng)分離。提供了一種適用于電泳的被支持的凝膠，它結(jié)合于固體支持物上以使凝膠具有二維空間穩(wěn)定性，并且固體支持物基本上不干擾與凝膠中的一個(gè)或多個(gè)生物分子結(jié)合的標(biāo)記如熒光標(biāo)記的有關(guān)檢測(cè)。（*該技術(shù)在2017年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
1.簡(jiǎn)介本專利技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)輔助的方法和儀器，其用于高效及系統(tǒng)地研究存在于生物學(xué)樣品中的分子并測(cè)定它們?cè)诮】岛图膊≈械淖饔谩Ｓ绕涫牵緦＠夹g(shù)涉及蛋白質(zhì)圖(protemics)的成像領(lǐng)域，其包括存在于生物學(xué)樣品中的蛋白質(zhì)的系統(tǒng)鑒定及表征，其中蛋白質(zhì)包括糖基化的或展示其它翻譯后修飾的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)圖方法對(duì)于鑒定對(duì)診斷、預(yù)后或監(jiān)測(cè)應(yīng)答治療的有用之蛋白質(zhì)以及在鑒定用于疾病預(yù)防和治療的蛋白質(zhì)目標(biāo)中提供了極大的優(yōu)點(diǎn)。2.專利技術(shù)背景在分子遺傳學(xué)上的最新進(jìn)展揭示了用于在特定細(xì)胞或組織中核酸表達(dá)研究的高通量的測(cè)序技術(shù)和系統(tǒng)策略的益處。這些進(jìn)展已經(jīng)突出了對(duì)不依賴操作者的計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的方法的需求，這些方法用于鑒定和選擇來(lái)自蛋白質(zhì)、寡糖及其它生物分子的復(fù)雜混合物的子集或個(gè)體分子，并分離這種選擇的生物分子用于進(jìn)一步分析。用于靶物驅(qū)動(dòng)的藥物發(fā)現(xiàn)以及合理的藥物設(shè)計(jì)的策略需要鑒定在因果關(guān)系上涉及疾病過(guò)程的關(guān)鍵細(xì)胞組分，例如蛋白質(zhì)，以及使用這種組分作為治療干預(yù)的靶物。然而，現(xiàn)在的分析生物分子例如蛋白質(zhì)的方法耗費(fèi)時(shí)間并且昂貴，而且在檢測(cè)、成像、純化及分析方面要受效率低下的困擾。雖然基因組方法已經(jīng)推進(jìn)了我們對(duì)生物學(xué)過(guò)程之遺傳基礎(chǔ)的理解，但有明顯的局限性。首先，鑒定的基因，尤其是部分cDNA序列編碼的產(chǎn)物的功能經(jīng)常是未知的。其次，有關(guān)蛋白質(zhì)翻譯后修飾的信息很少能從其基因序列的知識(shí)推導(dǎo)出，并且現(xiàn)在很明顯大部分蛋白質(zhì)經(jīng)歷能夠深刻地影響其生物化學(xué)特性的翻譯后修飾(例如糖基化及磷酸化)。第三，蛋白質(zhì)表達(dá)通常受翻譯后控制，所以細(xì)胞的mRNA水平不是必定與其基因產(chǎn)物的表達(dá)水平相關(guān)聯(lián)。第四，自動(dòng)化的核酸隨機(jī)測(cè)序策略包括在確定其顯示臨床或科學(xué)意義(如果有的話)之前大量核酸分子的分析。因?yàn)檫@些原因，需要補(bǔ)充基因組資料，方法是通過(guò)研究蛋白質(zhì)和碳水化合物的表達(dá)模式以及通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)、寡糖和其它生物分子的直接分析研究其在生物學(xué)或疾病過(guò)程中翻譯后修飾的模式。然而，技術(shù)上的局限到現(xiàn)在為止已經(jīng)阻礙了在生物學(xué)樣品中蛋白質(zhì)或其它生物分子的快速、經(jīng)濟(jì)、可重復(fù)的系統(tǒng)分析。3.專利技術(shù)概述本專利技術(shù)涉及用于生物學(xué)樣品中生物分子的鑒定、選擇和表征的高效計(jì)算機(jī)輔助的方法及儀器。根據(jù)本專利技術(shù)，通過(guò)分離存在于復(fù)雜混合物中的生物分子產(chǎn)生一個(gè)二維陣列。本專利技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字化分布圖，其表示在二維陣列中檢測(cè)的多數(shù)生物分子的特征性及相對(duì)豐度，籍此允許計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的來(lái)自多重生物學(xué)樣品分布圖的比較。這種篩選生物學(xué)樣品并比較其分布圖的自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)個(gè)體生物分子快速高效的鑒定，這些分子的存在、缺乏或改變的表達(dá)與疾病或目標(biāo)病況相聯(lián)系。這種生物分子可用作治療劑，用作用于治療干預(yù)的靶物以及用作診斷、預(yù)后和評(píng)價(jià)對(duì)治療反應(yīng)的標(biāo)記。這種技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了快速并高效的鑒定成套的生物分子，其表達(dá)模式與疾病或目標(biāo)病況相聯(lián)系；這些成套的生物分子提供了用于診斷、預(yù)后及評(píng)價(jià)對(duì)治療反應(yīng)標(biāo)記的圖樣。本專利技術(shù)的高通量、自動(dòng)化的方法和儀器進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了根據(jù)預(yù)先規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)個(gè)體分離的生物分子(或分離的生物分子的子集)不依賴操作者的選擇，而不需要任何序列信息或生物分子的其它結(jié)構(gòu)特征的知識(shí)。而這又提供了在生物學(xué)樣品中檢測(cè)的多數(shù)所選生物分子的自動(dòng)化、不依賴操作者的分離以及并行表征。因此，本專利技術(shù)在測(cè)序或結(jié)構(gòu)表征之前，有利地實(shí)現(xiàn)了生物分子的自動(dòng)化選擇。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，本專利技術(shù)提供了一種適于生物分子(如蛋白質(zhì))電泳的凝膠并且其結(jié)合于固體支持物上以使凝膠具有二維空間穩(wěn)定性，并且支持物基本上不干擾關(guān)于與凝膠中一個(gè)或多個(gè)生物分子相結(jié)合的標(biāo)記的檢測(cè)(例如結(jié)合于一個(gè)或多個(gè)蛋白質(zhì)的熒光標(biāo)記)。在另一個(gè)特定的實(shí)施方案中，本專利技術(shù)提供了一個(gè)綜合的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序通過(guò)比較數(shù)字化分布圖來(lái)選擇在二維陣列中檢測(cè)的一個(gè)或多個(gè)生物分子，并產(chǎn)生指令指導(dǎo)一種機(jī)器人裝置從二維陣列中分離這種選擇的生物分子。然而在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，這個(gè)程序也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)，其跟蹤實(shí)驗(yàn)室樣品以及相關(guān)的數(shù)據(jù)例如臨床數(shù)據(jù)，在樣品上進(jìn)行的操作和通過(guò)分析樣品產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。4.附圖簡(jiǎn)述圖1是根據(jù)本專利技術(shù)特定的實(shí)施方案，在不同蛋白質(zhì)的混合物上進(jìn)行的操作流程圖。圖2是闡明在本專利技術(shù)特定的實(shí)施方案中依靠計(jì)算機(jī)執(zhí)行的功能的流程圖。圖3是用來(lái)從本專利技術(shù)的被支持的凝膠中分離生物分子的機(jī)器人裝置的圖解。5.專利技術(shù)詳述本專利技術(shù)提供了用來(lái)快速和有效地鑒定及表征生物學(xué)樣品中生物分子如蛋白質(zhì)的方法和儀器。在本專利技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用中，生物學(xué)樣品進(jìn)行兩個(gè)連續(xù)的分離步驟。在第一個(gè)分離步驟中，生物分子根據(jù)一種物理或化學(xué)特性被分離，以產(chǎn)生包含生物分子的一維陣列；例如，蛋白質(zhì)通過(guò)等電聚焦沿著第一軸被分離。在第二個(gè)分離步驟中，在該一維陣列中的生物分子根據(jù)第二種物理或化學(xué)特性被分離，以產(chǎn)生一個(gè)分離的生物分子的二維陣列；例如，通過(guò)等電聚焦分離的蛋白質(zhì)沿著與第一個(gè)軸垂直的第二個(gè)軸進(jìn)行SDS-PAGE。分離的生物分子穩(wěn)定地保持在二維陣列中以隨后成像。基于對(duì)來(lái)自成像數(shù)據(jù)的自動(dòng)化計(jì)算機(jī)分析，穩(wěn)定的二維陣列可保存或存檔一段較長(zhǎng)的時(shí)期(如數(shù)月或數(shù)年)，并且選擇的生物分子能在任何要求的時(shí)間從陣列中檢索。對(duì)每個(gè)檢測(cè)的生物分子，通過(guò)檢測(cè)器對(duì)二維陣列成像而產(chǎn)生包含一組x，y坐標(biāo)及一個(gè)信號(hào)值的計(jì)算機(jī)可讀的輸出信號(hào)。如需要，在計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的分析之前或之后計(jì)算機(jī)可讀的輸出信號(hào)能夠在顯示器或任何適當(dāng)?shù)拿浇樯弦杂?jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像顯示給人類操作者。對(duì)計(jì)算機(jī)可讀的輸出信號(hào)之計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的分析導(dǎo)致計(jì)算機(jī)可讀的分布圖，對(duì)大多數(shù)檢測(cè)的生物分子而言它表示每個(gè)這種生物分子的相對(duì)豐度以及從其在二維陣列中x，y坐標(biāo)推斷的屬性。例如，來(lái)自包含通過(guò)等電聚焦后由SDS-PAGE分離蛋白質(zhì)的凝膠成像的分布圖，顯示了大多數(shù)被檢測(cè)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(pI)、表觀分子量(MW)以及相對(duì)豐度。本專利技術(shù)的計(jì)算機(jī)可讀的分布圖適于計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的分析來(lái)鑒定滿足特定標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)生物分子。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一組分布圖與第二組分布圖比較以鑒定在所有第一組分布圖中存在(或以第一組分布圖的第一個(gè)百分比)而在第二組分布圖中缺失(或第二組分布圖的第二個(gè)百分比缺失，第一和第二百分比可以獨(dú)立地指定)的生物分子。在其它實(shí)施方案中，比較多組分布圖以鑒定與另一樣品組分布圖的指定百分比相比，在一個(gè)樣品組分布圖中存在以指定的較高水平表達(dá)的生物分子，或鑒定一個(gè)樣品組與另一個(gè)樣品組在翻譯后加工中不同的生物分子。選擇如此鑒定的一個(gè)或多個(gè)生物分子來(lái)進(jìn)行分離。在一個(gè)實(shí)施方案中，這種選擇是根據(jù)預(yù)先規(guī)定的編程的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行的，沒(méi)有更多的人類干預(yù)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，人類操作者綜合計(jì)算機(jī)介導(dǎo)的分析結(jié)果，然后輸入計(jì)算機(jī)一個(gè)選擇。為分離每個(gè)選擇的生物分子，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生指導(dǎo)機(jī)器人裝置的機(jī)器可讀性指令(a)取出包含選擇的生物分子二維陣列的一個(gè)或多個(gè)部分并且(b)將取出的部分輸運(yùn)至一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)娜萜饔糜谶M(jìn)一步表征。例如，可以分析選擇的蛋白質(zhì)以確定其全部或部分的氨基酸序列，以檢測(cè)并表征任何結(jié)合的寡糖部分，以及研究翻譯后加工的其它方面，例如磷酸化、十四烷基化等等。本專利技術(shù)有利地實(shí)現(xiàn)了從二維陣列取出生物分子的自動(dòng)化并行步驟，從而促進(jìn)許多選擇的生物分子快速及有效的表征。圖一表示根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)特定實(shí)施方案，一個(gè)樣品的圖解處理的流程圖。本專利技術(shù)可用于鑒定及分析蛋白質(zhì)，但是本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于選擇和指導(dǎo)在二維陣列中存在的一種或多種生物分子分離的計(jì)算機(jī)輔助方法，包括：對(duì)所述二維陣列或其復(fù)制品成像生成計(jì)算機(jī)可讀的輸出信號(hào)，對(duì)所述二維陣列中檢測(cè)的多種生物分子的每一個(gè)包括一對(duì)ｘ，ｙ坐標(biāo)和一個(gè)信號(hào)值；在至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)中處理 所述的輸出信號(hào)，以根據(jù)先前規(guī)定的或操作者制定的標(biāo)準(zhǔn)選擇一種或多種所述檢測(cè)的生物分子；并且生成機(jī)器可讀的指令，其指導(dǎo)機(jī)器人裝置從所述二維陣列中分離至少一種所選的生物分子。

【技術(shù)特征摘要】
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：RB帕里克，R阿麥斯，JA布魯斯，SB普瑞姆，AE普拉特，RM斯托尼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：牛津糖科學(xué)英國(guó)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：GB[英國(guó)]