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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 蛋白質(zhì)計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) [打印本頁]

作者: ycjlzxj 時(shí)間: 2007-9-5 21:33
標(biāo)題: 蛋白質(zhì)計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

蛋白質(zhì)計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

近年來，生命科學(xué)以前所未有的速度在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，生物計(jì)量已作為一個(gè)嶄新的計(jì)量領(lǐng)域被提到日程上來。生物計(jì)量在實(shí)現(xiàn)生物測(cè)量量值溯源與傳遞，保證生物測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、有效和可比中發(fā)揮出越來越重要的作用。
一、蛋白質(zhì)計(jì)量的內(nèi)涵
蛋白質(zhì)是由氨基酸分子縮合而成的高聚物。蛋白質(zhì)計(jì)量是生物計(jì)量的一個(gè)重要分支，是研究蛋白質(zhì)測(cè)量的科學(xué)。國際物質(zhì)量咨詢委員會(huì)(CCQM）生物分析工作組（BAWG）目前確定的蛋白質(zhì)計(jì)量工作主要包括蛋白質(zhì)定量，蛋白質(zhì)鑒定，多肽和蛋白質(zhì)的氨基酸序列分析，蛋白質(zhì)大小、功能、活性以及蛋白質(zhì)的1,2,3,4級(jí)結(jié)構(gòu)分析等測(cè)量活動(dòng)。
蛋白質(zhì)相關(guān)測(cè)量既包括檢測(cè)對(duì)象是蛋白質(zhì)測(cè)量活動(dòng)，也包括基于蛋白質(zhì)技術(shù)的一切測(cè)量活動(dòng)。蛋白質(zhì)計(jì)量的主要任務(wù)是為蛋白質(zhì)含量測(cè)定、活性分析、功能測(cè)定、序列以及高級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定等建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和溯源途徑，保證蛋白質(zhì)相關(guān)測(cè)定結(jié)果能夠溯源到SI國際單位、國際定義、基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)相關(guān)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確、有效和可比。
二、蛋白質(zhì)計(jì)量的重要性和迫切性
隨著人類基因組序列圖的最終完成，生命科學(xué)研究進(jìn)人了蛋白質(zhì)組學(xué)的時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代里，蛋白質(zhì)相關(guān)測(cè)量在醫(yī)學(xué)臨床檢驗(yàn)、司法鑒定、檢驗(yàn)檢疫、生物安全、食品安全、生命科學(xué)基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域以及生物產(chǎn)業(yè)化過程中的應(yīng)用越來越廣泛，蛋白質(zhì)計(jì)量在生物技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中正逐漸顯現(xiàn)出其重要性和社會(huì)對(duì)它的迫切需求。
1.發(fā)展蛋白質(zhì)計(jì)量是保障大眾健康的前提
不僅激素、生物標(biāo)志物等多肽和蛋白質(zhì)本身是臨床化驗(yàn)和疾病診斷的重要指標(biāo)，其他許多重要臨床生化指標(biāo)也是通過蛋白質(zhì)相關(guān)技術(shù)，如免疫法等測(cè)定的。然而由于缺乏相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，至今我國沒有一家醫(yī)院的全部化驗(yàn)結(jié)果能在其他各醫(yī)院通用，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏可比性，不僅降低了疾病診斷的可靠性，而且增加了病人重復(fù)化驗(yàn)的成本。
2.蛋白質(zhì)計(jì)量是國家檢驗(yàn)檢疫體系的重要支柱
外來生物、植物病原、真菌等的檢測(cè)是我國出人境檢驗(yàn)檢疫的重要組成部分，普遍采用了免疫分析技術(shù)；然而由于缺乏相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)難以溯源，因此就很難保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確、有效，給國家出人境檢驗(yàn)檢疫和生物安全監(jiān)控帶來不利的影響。
3.蛋白質(zhì)計(jì)量對(duì)于保持我國貿(mào)易優(yōu)勢(shì)地位意義重大
蛋白質(zhì)醫(yī)藥市場(chǎng)在過去的5年中已經(jīng)從2001年的250億美元上漲到2005年的510億美元，增長了1倍多；單克隆抗體、蛋白質(zhì)芯片等技術(shù)已成為生物產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)，蛋白質(zhì)產(chǎn)品在國際貿(mào)易中的比重也越來越大。蛋白質(zhì)的含量、活性等測(cè)定已經(jīng)成為蛋白質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)和貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)。然而，由于沒有建立相應(yīng)的蛋白質(zhì)含量和活性測(cè)定的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和溯源體系，造成貿(mào)易雙方對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果不一、貿(mào)易糾紛不斷。
三、我國在蛋白質(zhì)計(jì)量方面存在的主要問題
1．計(jì)量概念模糊，蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)品、對(duì)照品、試劑等混用
國際和國內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)都有嚴(yán)格的定義，這些標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)往往作為蛋白質(zhì)測(cè)定結(jié)果的溯源依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值方法經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)量學(xué)考察，使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為蛋白質(zhì)測(cè)定結(jié)果的溯源依據(jù)具有計(jì)量學(xué)的保證，能夠保證蛋白質(zhì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確、有效和可比。但是標(biāo)準(zhǔn)品、對(duì)照品、試劑等沒有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所要求的考察，其量值不能夠溯源到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或SI單位上，因此不能完全保證其計(jì)量學(xué)特性。國內(nèi)能力驗(yàn)證已多次發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)使用不當(dāng)而造成的結(jié)果離群，雖然蛋白質(zhì)測(cè)量還未組織過能力驗(yàn)證，但類似的問題已存在，加強(qiáng)蛋白質(zhì)計(jì)量概念的宣傳尤為必要和迫切。
2.目前絕大部分蛋白質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)刻定結(jié)果沒有溯源性
首先，雖然待測(cè)量值已經(jīng)定義了國際單位，溯源關(guān)系清晰，但是缺乏包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在內(nèi)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，或者由于計(jì)量觀念的缺乏而未能有效地使用相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，使蛋白質(zhì)相關(guān)測(cè)定結(jié)果不能溯源到上一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)上去。其次，對(duì)于蛋白質(zhì)活性、功能、結(jié)構(gòu)的測(cè)定，國際單位制中沒有相應(yīng)的定義，或者尚未形成公認(rèn)的國際定義、標(biāo)準(zhǔn)等，這些測(cè)定結(jié)果的計(jì)量僅在某些領(lǐng)域作了初步的嘗試，還沒有被其他領(lǐng)域廣泛認(rèn)可，造成蛋白質(zhì)活性、功能、結(jié)構(gòu)測(cè)定的結(jié)果不能溯源到更高一級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)上。此外，溯源體系不完整、多源頭溯源或者測(cè)定結(jié)果不能最終溯源到SI單位也都導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果溯源性的缺乏。測(cè)定結(jié)果溯源性的缺乏使得準(zhǔn)確度難以保證，結(jié)果難以比較，從而引發(fā)重復(fù)化驗(yàn)、貿(mào)易糾紛等一系列問題，而且隨著蛋白質(zhì)測(cè)量應(yīng)用面的逐漸擴(kuò)大，缺乏溯源性帶來的負(fù)面影響越來越突出。因此，加強(qiáng)蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制和加快蛋白質(zhì)活性、功能、結(jié)構(gòu)等計(jì)量體系的建立迫在眉睫。
不同領(lǐng)域的蛋白質(zhì)測(cè)量活動(dòng)推動(dòng)了蛋白質(zhì)計(jì)量的產(chǎn)生和發(fā)展。目前，蛋白質(zhì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和溯源體系的缺失已成為制約臨床檢驗(yàn)和疾病診斷、檢驗(yàn)檢疫、生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域蛋白質(zhì)含量、活性、結(jié)構(gòu)測(cè)定量值準(zhǔn)確、有效和可溯源的主要原因之一，蛋白質(zhì)計(jì)量工作的開展勢(shì)在必行。
四、國外蛋白質(zhì)計(jì)量研究進(jìn)展
西方發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)末正式開始蛋白質(zhì)計(jì)量的研究，現(xiàn)已取得了初步成果。蛋白質(zhì)計(jì)量工作主要集中在兩個(gè)方面：一是對(duì)于溯源途徑清晰的蛋白質(zhì)含量的測(cè)量活動(dòng)，如多肽、蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)翻譯后修飾的測(cè)量，建立相應(yīng)的溯源體系和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，使得多肽和蛋白質(zhì)含量測(cè)定能夠直接溯源到SI單位；二是對(duì)于蛋白質(zhì)活性、功能、結(jié)構(gòu)等溯源途徑尚未明確或存在爭議的蛋白質(zhì)測(cè)量活動(dòng)，重點(diǎn)在于提高測(cè)量結(jié)果的可比性。
英國生物測(cè)量（MfB）計(jì)劃從2001年開始啟動(dòng)了一系列為提高蛋白質(zhì)測(cè)量結(jié)果可比性而進(jìn)行的研究，其中包括蛋白質(zhì)定量,ELISA定量和蛋白微陣列可比性、蛋白質(zhì)翻譯后修飾鑒定的可比性等研究工作，并計(jì)劃在2004年~2007年開展蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)相互作用可比性測(cè)量的研究。英國生物測(cè)量計(jì)劃的投人高達(dá)1400萬英鎊，從而保證了蛋白質(zhì)計(jì)量研究所需的巨額經(jīng)費(fèi)，增強(qiáng)了英國企業(yè)的競(jìng)爭能力，有效提高了蛋白質(zhì)相關(guān)測(cè)量的重復(fù)性和可比性。澳大利亞政府實(shí)驗(yàn)室（AGAL)也開展了類似的研究。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST）與英國國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL）合作，開展了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圓二色光譜和生命科學(xué)中熒光測(cè)量分析的國際比對(duì)研究，旨在提高蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和熒光免疫分析測(cè)定的可比性。此外，這兩家實(shí)驗(yàn)室還與德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）合作，即將舉辦多肽和蛋白質(zhì)含量測(cè)定的國際比對(duì)，將多肽和蛋白質(zhì)水解成氨基酸，通過氨基酸含量的測(cè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)SI單位的溯源，從而建立起多肽和蛋白質(zhì)含量測(cè)定的溯源體系。
此外，NIST生物光譜研究組還利用圓二色光譜,X射線衍射等研究了生物催化過程，并利用化學(xué)平衡、比色法結(jié)合熱力學(xué)的計(jì)算深人研究了酶催化反應(yīng)，該研究取得的成果是能夠在一個(gè)較寬的溫度、pH和離子強(qiáng)度范圍內(nèi)預(yù)測(cè)酶催化反應(yīng)的平衡位置，這些工作為在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)酶活性測(cè)定結(jié)果的可比奠定了基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究組最近開始利用ESI和MALDI質(zhì)譜鑒定生物系統(tǒng)中表達(dá)出來的新的蛋白質(zhì)，確定不同條件下蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，研究體內(nèi)和體外蛋白質(zhì)的定量方法；此外，在提高2D凝膠電泳、肽序列分析結(jié)果可比性等方面也取得了一定的進(jìn)展。
五、國內(nèi)蛋白質(zhì)計(jì)量研究進(jìn)展
在我國，蛋白質(zhì)計(jì)量研究工作主要由中國計(jì)量科學(xué)研究院承擔(dān)，雖然與國外發(fā)達(dá)國家相比有些滯后，但在我國政府和國家質(zhì)檢總局的支持下，蛋白質(zhì)計(jì)量研究工作取得了初步進(jìn)展并呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。
目前，中國計(jì)量科學(xué)研究院為建立完整的蛋白質(zhì)含量、活性、功能、結(jié)構(gòu)及其鑒定的計(jì)量體系，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的可溯源，主要從以下兩個(gè)方面開展蛋白質(zhì)計(jì)量工作：一是研究建立氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)的同位素稀釋質(zhì)譜等方法，并研制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，建立相對(duì)完整的多肽和蛋白質(zhì)含量溯源鏈，實(shí)現(xiàn)多肽和蛋白質(zhì)的含量的測(cè)定結(jié)果可以最終溯源到SI單位。另一方面的工作是，提高酶活性、免疫分析、蛋白質(zhì)鑒定、蛋白質(zhì)功能和1,2,3,4級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定等結(jié)果的可比性，研究建立蛋白質(zhì)活性、功能和結(jié)構(gòu)測(cè)定結(jié)果的溯源體系，并研制相關(guān)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，力爭讓蛋白質(zhì)計(jì)量—這顆生物計(jì)量中的璀璨明珠綻放出更加燦爛的光彩。（文：中國計(jì)量科學(xué)研究院武利慶王晶）

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