2023年6月4日，ASMS會議中，賽默飛推出了基于全新質(zhì)量分析器的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，為生命科學(xué)質(zhì)譜應(yīng)用帶來了未來的無限可能。蛋白質(zhì)組學(xué)因其在理解生命科學(xué)中的重大意義及技術(shù)上對于質(zhì)譜儀的高分辨率、高靈敏度、高質(zhì)量精度以及定量準確性的全方位高要求，使得我們愈發(fā)得期待全新Orbitrap Astral質(zhì)譜儀能夠為蛋白質(zhì)組學(xué)向更快、更深、更全面的發(fā)展提供幫助。而全新Orbitrap Astral質(zhì)譜儀的表現(xiàn)如何呢？讓我們用數(shù)據(jù)說話~
在對于生命體的理解中，作為生命活動的最終執(zhí)行者，蛋白質(zhì)的重要性不言而喻；而蛋白的復(fù)雜性極高，在不同的物種、組織、細胞等層級中，它具有不同的時空表達特異性；在這些變化中，同樣的蛋白可能會有不同的形態(tài)，而呈現(xiàn)中多種多樣的功能；而這些變化可能發(fā)生在不同的細胞中，也可能發(fā)生在不同的細胞組分甚至是不同的蛋白復(fù)合物中。
分析蛋白質(zhì)的金標準技術(shù)是質(zhì)譜技術(shù)，現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)的分析中，我們明確的有三個大的方向亟待改進：
1. 檢測通量，我們需要將檢測的能力提升至上萬個樣品的大隊列的水平；
2. 更高的蛋白組覆蓋度，我們期待在每次檢測中都能夠得到所分析樣品更高的蛋白鑒定深度，從而鑒定與定量更多感興趣的蛋白；
3. 靈敏度，即在極低量的樣品中如單細胞樣品中即可獲得最大蛋白組覆蓋度的能力。
賽默飛一直致力于多個質(zhì)譜質(zhì)量分析器的組合，期待它們能如同交響樂般的發(fā)出混合且和諧的聲音，對于質(zhì)譜儀而言，我們現(xiàn)在所使用的質(zhì)譜儀無疑是非常強大的，以Orbitrap為例，它具有超高的分辨率、質(zhì)量精度和動態(tài)范圍，它一直支撐著我們走過了蛋白質(zhì)組學(xué)的蓬勃發(fā)展的階段，時代的腳步再一次來到了全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，在這里，我們將在檢測通量、蛋白組覆蓋深度、靈敏度及精準定量等多個維度展示其超強悍的性能：
圖1：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀全面提升蛋白質(zhì)組學(xué)分析能力
首先，我們看檢測通量的變化：
現(xiàn)在我們的科學(xué)家們所擁有的的豐富的樣品量與目前市面上的質(zhì)譜所能提供的單日檢測通量有著顯著的矛盾，目前我們的質(zhì)譜儀約能提供的單日最大檢測通量約為48個樣品，而Orbitrap Astral 創(chuàng)造歷史的將這個值提升至每天180個樣品，這使得蛋白質(zhì)組學(xué)在分析中的限速步驟不再是質(zhì)譜的通量；每天180個樣品通量意味著我們的單個樣品總梯度為8min，實際分離梯度為5.5min，超短的梯度能提供超過8000個protein group的鑒定深度！而如果使用略長的14.4min梯度，達到100SPD（單日檢測樣品量），可以得到單個樣品9000個protein group的鑒定深度；而24min梯度60SPD，則可以得到單針超過10000個蛋白的鑒定；60min梯度就可以得到超過12000個蛋白的鑒定水平；超高的檢測通量兼具鑒定深度，使得用戶能更加游刃有余的根據(jù)其實驗需求，在檢測樣品通量與樣品鑒定深度之間尋求更好的平衡；更深的鑒定能力帶來對于生物學(xué)功能的更深的認知，我們期待著全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀帶給我們更有趣的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)！
圖2：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀兼具超高的檢測通量與深度蛋白組覆蓋能力（點擊查看大圖）
TMT技術(shù)路線是定量蛋白質(zhì)組學(xué)的重要方法之一，目前TMT的通量已經(jīng)達到18-plex，而全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，其結(jié)合了超高分辨率和動態(tài)范圍的Orbitrap質(zhì)量分析器與超高掃描速度及超高靈敏度的Astral質(zhì)量分析器，分別執(zhí)行一級與二級掃描，二級Astral質(zhì)量分析器在m/z524時的分辨率約為8萬分辨率（m/z130時分辨率約為5萬），適用于分辨TMT的報告離子從而進行TMT定量。如果將TMT樣品分為2個fraction，運行90min梯度，即可拿到8000個定量蛋白；按照TMT-18plex的通量，我們可以達到每天144個樣品的檢測通量；而如果我們使用4個fraction進行檢測，則可以拿到超過10000定量蛋白。
圖3：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為TMT定量檢測注入全新動力（點擊查看大圖）
其次，我們來關(guān)注蛋白組的覆蓋度：
更深的蛋白質(zhì)組覆蓋度一直是我們的追求，以目前的質(zhì)譜技術(shù)，蛋白鑒定的最大深度在12000個蛋白附近，這個值與mRNA測序相當(dāng)；其實我們?nèi)绻胍褂觅|(zhì)譜技術(shù)來實現(xiàn)目前的鑒定深度，要牽扯到很多步驟，一般需要進行離線分級后多針上機檢測的操作，比如，我們可以首先運行一個77min的離線分離梯度，收集46個餾分，每個餾分33min梯度；消耗了34.5個小時，最終達到12000個蛋白的鑒定水平；人們用這種方法，這樣的蛋白鑒定深度，得到了很多生物學(xué)信息，比如腫瘤細胞系的通路等，發(fā)現(xiàn)了很多關(guān)鍵蛋白；如果我們想把這樣的技術(shù)路線用在真正的大規(guī)模研究上，它對機時的消耗過于巨大了，實驗過程過于艱苦；而我們使用全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，能夠?qū)崿F(xiàn)單針，60min色譜梯度的情況下，即可達到12000個蛋白的鑒定；那如果我們在Orbitrap Astral上也使用多次進樣的方法，4.5小時我們就可以拿到超過15000個蛋白了，這也使得我們在歷史上第一次無限接近于整個蛋白質(zhì)組的鑒定深度。其一天內(nèi)的鑒定通量達到了8個proteomes的水平，我們真正具備了處理大規(guī)模研究的能力。
圖4：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為蛋白質(zhì)組學(xué)帶來前所未有的鑒定深度（點擊查看大圖）
在蛋白質(zhì)組學(xué)中，除了常規(guī)的細胞裂解液樣品，解決具有極大的動態(tài)范圍的血液樣品也是巨大的挑戰(zhàn)。在180個SPD的通量下，未經(jīng)高豐度去除的血漿樣品可以達到600個蛋白的鑒定水平，若需要更深的覆蓋度，經(jīng)seer處理后的5個fraction長梯度可達到超過6000個蛋白鑒定深度。而使用30min梯度分析經(jīng)富集的血漿樣品（5個fraction單獨進樣），DIA方法更是能夠重復(fù)定量樣品里的4500多種蛋白。全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀鑒定深度，使得我們的用戶可以根據(jù)實驗需要，在鑒定深度與通量之間尋求到平衡。
圖5：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為血液樣品研究帶來新的可能（點擊查看大圖）
而后，我們來關(guān)注靈敏度：
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如今單細胞組學(xué)快速走進了人們的視野，要進行更深度、更高通量的單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)，對質(zhì)譜的靈敏度提出了更高的要求。我們研究蛋白質(zhì)組學(xué)，從來便是越深入越困難。而全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，可以以極高的速率進行高動態(tài)范圍的檢測，同時兼具超高的靈敏度。在進行單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)的檢測中，全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜使得我們可以以80個SPD的檢測通量(18min梯度單針運行時間)的同時得到超過5000個蛋白的鑒定水平。這表明，使用全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，我們可以在檢測通量翻倍的同時，得到更高的蛋白鑒定能力，從而為單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)樹立了新的標準。
圖6：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀為單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)樹立新的標準（點擊查看大圖）
定量蛋白質(zhì)組學(xué)不僅追求更高的鑒定能力，我們也同時迫切的需要更加精準的定量，從而為我們提供準確的差異蛋白信息，指導(dǎo)生物學(xué)研究。全新的Orbitrap Astral質(zhì)譜儀具有在寬線性動態(tài)范圍的基礎(chǔ)上的精準的定量能力，如圖7，在經(jīng)過不同比例混樣的樣品比較中，Orbitrap Astral所產(chǎn)生的定量比值，均符合實際混樣比例，提供了精準的定量比值。甚至即使是極低的拷貝數(shù)的蛋白(如200-3000個拷貝數(shù))，Orbitrap Astral也能提供精準的定量值。
圖7：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀展現(xiàn)了精準的定量性能（點擊查看大圖）
在擁有了強勁的性能后，我們還需要儀器能夠更加穩(wěn)健的運行：在儀器的魯棒性測試中，進行了超過2200次進樣，其間的QC數(shù)據(jù)均表現(xiàn)出優(yōu)異的鑒定穩(wěn)定性與重現(xiàn)性。
圖8：全新一代Orbitrap Astral質(zhì)譜儀擁有優(yōu)異的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性（點擊查看大圖）
總 結(jié)
賽默飛全新劃時代的蛋白質(zhì)組學(xué)工作流，為您的蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供無縫銜接的全面支持。新的時代，無比期待!
圖9：賽默飛全新劃時代的蛋白質(zhì)組學(xué)工作流
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