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1、布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案MALDI-TOF/TOF 质谱的原理及其在临床蛋白质组学中的应用目录一、MALDI-TOF/TOF 质谱的根本原理二、布鲁克公司MALDI-TOF/TOF 质谱的仪器特点和性能优势 宽域离子聚焦 PAN专利技术 靶上浓缩AnchorChip专利技术 全的离子源自动清洗 SourceShower 专利技术 氮气激光与固体激光优点完善结合的Smartbeam激光专利技术 激光光束的直径大小可调 支持全部同位素标记技术 Top-down 测序技术三、解决方案 解决方案一：双向电泳-MALDI TOF/TOF 技术路线 解决方案二：LC-MALDI TO
2、F/TOF 技术路线 解决方案三：ClinProt 液体芯片- MALDI TOF 系统 解决方案四：MALDI 分子成像技术 解决方案五：MALDI Biotyper 微生物快速鉴定与分类四、参考文献1布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案一、MALDI-TOF/TOF 质谱的根本原理MALDI-TOF/TOF 质谱主要由 MALDI 离子源和飞行时间质量分析器 TOF 组成。样品在离子源内受激光的轰击而电离,受加速电场的作用获得确定的动能后,在无电场的真空管内飞行,不同质量的离子在飞行管内的飞行时间不同，通过测量离子的飞行时间即可测得离子的质量。它不仅可以通过一级质谱模式测得多肽和
3、蛋白质等分子的质量，还可通过二级质谱模式测得多肽的序列。布鲁克公司是当今世界上唯一特地生产 高性能生物质谱的公司，仅 MALDI TOF/TOF 系列的仪器就至少有六种型号。其中, Autoflex Speed MALDI TOF/TOF 是目前最先进的 MALDI-TOF/TOF 质谱仪。它不仅在硬件上具有布鲁克公司的多项专利技术，还供给了很多独特的分析软件,为临床医学争论人员供给了蛋白质组学争论方向的多种解决方案。除了通过经典的以二维电泳为分别手段的双向电泳-MALDI TOF/TOF 技术路线和以液相色谱为分别手段的LC-MALDI TOF/TOF 技术路线，进展表达蛋白质组学或差异蛋白
4、质组学争论以外，它还在临床医学争论的具有广泛的应用，如觉察与鉴定生物体液如血清中生物标志物的 ClinProt 技术， 用于觉察和监测组织中生物标志物的 MALDI 分子成像技术，用于临床微生物快速鉴定与分类的 BioTyper 技术,都是布鲁克公司独家供给的医学蛋白质组学解决方案。Autoflex Speed 是当今世界最先进的MALDI TOF/TOF，由高能碰撞池和两级TOF 组成。它打破了三重四极杆等仪器承受的“先选择母离子，然后碰撞打碎母离子，再检测碎片离子” 的传统串联质谱模式，奇异地利用了 TOF 检测器的特点，承受“先碎裂母离子，再选择检测母离子及其碎片离子”的方式，从而使串联
5、质谱一气呵成，无需离子的减速过程，避开了其它产家的MALDI TOF/TOF 在进展串联质谱时，离子先加速，选择母离子，然后减速，打碎后再加速等多步过程造成的离子信号损失。其工作原理看似不好理解，其实也很简洁，依据在飞行管中飞行的母离子在碎裂前后飞行时间不变的性质，先打碎母离子，并不影响对母离子及其碎片离子的选择及检测。Autoflex Speed 型 MALDI-TOF 质谱仪检测范围宽，分析速度快，区分率和灵敏度高等优点，具有格外广泛的应用范围。Bruker 公司独创的smartbeam 激光技术，吸取了氮气激光器2布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案的优点，抑制了全固态激光器的
6、缺点，大大扩展了其应用范围。它不仅适用于高通量的蛋白质组分析鉴定，还可进展血清临床蛋白质组分析、微生物快速鉴定、组织切片成像分析，更可利用独特的ISD 和 T3 测序技术进展蛋白质的Top-down 直接测序和蛋白质末端序列分析。它承受的实时校准技术抑制了TOF 检测器易受环境温度变化而导致质量漂移的缺陷，保证了质量准确度的稳定性。它承受的宽域离子聚焦技术保证了在很宽的质量范围内同时获得高区分率和高准确度，充分满足蛋白质组争论的需要，是蛋白质组争论不行或缺的工具。二、布鲁克公司MALDI-TOF/TOF 质谱的仪器特点和性能优势 宽域离子聚焦 PAN专利技术：可同时在很宽的质量范围内得到超高区
7、分率和宽范围内极高质量精度 靶上浓缩AnchorChip专利技术：提高分析灵敏度10-100 倍 全的离子源自动清洗SourceShower 专利技术：不仅保证了仪器的持续运行和长期灵敏度，还大大缩短了清洗时间，便利了仪器的维护 氮气激光与固体激光优点完善结合的 Smartbeam激光专利技术：对全部的基质都有很好的通用性，不局限于CHCA ；Smartbeam激光频率可在 1-1000Hz 范围调整，分析速度更快，充分满足分子成像和LC-MALDI 分析的需要。 激光光束的直径 10-100m 大小可调：特别有利于组织切片的分子成像，提高图像的区分率。 支持全部同位素标记技术：充分满足定量蛋
8、白质组学的应用需求。 Top-down 测序技术：不需进展蛋白的酶解，直接进展整蛋白的序列分析，尤其是末端测序。三、解决方案布鲁克公司为临床蛋白质组学的争论供给的解决方案大致可以分为五大局部： 解决方案一：双向电泳-MALDI TOF/TOF 技术路线蛋白鉴定、蛋白翻译后修饰位点的鉴定等，可用于表达蛋白质组学、差异蛋白质组学和功能蛋白质组学等3n 解决方案二：LC-MALDI TOF/TOF 技术路线除上述功能和应用外，更重要的是能够满足标记定量蛋白质组学的需要，标记试剂不仅仅限于 iTRAQ 同位素标记试剂，而且还可用于其它类型的标记试剂 ICPL、SILAC 等。进一步扩展了定量蛋白质组学
9、的应用领域。n 解决方案三：ClinProt 液体芯片- MALDI TOF 系统适用于生物体液样品，如血清、血浆、尿液、唾液、脑脊液和细胞液等。该解决方案以觉察和鉴定蛋白质及多肽类的生物标志物为目标，是医学蛋白组学不行缺少的技术。n 解决方案四：MALDI 分子成像技术用于觉察和监测组织中的生物标志物n 解决方案五：MALDI Biotyper 微生物快速鉴定与分类微生物蛋白特征质谱指纹图谱鉴定法，二十一世纪最先进的快速鉴定临床微生物技术。AB 公司的4800 由于在蛋白分子量测定方面的性能不好也，没有相应的软件支持， 只能满足前两种解决方案，无法应用于后三种解决方案。解决方案详述1、解决方
10、案一：双向电泳-MALDI TOF/TOF 技术路线双向电泳是目前蛋白质组学领域中分别效果最好的蛋白质分别方法，可以在一张胶上显示上千个蛋白质的等电点、分子量和含量信息。通过双向电泳的分别， 大大降低了样品的简洁程度，格外适合 MALDI TOF/TOF 质谱的分析。把分别后的 胶点切下来，通过胶上酶解和肽段的提取，既可通过 MALDI TOF 一级质谱分析， 获得蛋白质的肽质量指纹图，直接用于蛋白质的鉴定；又可通过MALDI TOF/TOF 二级质谱分析，获得肽段的序列信息，进一步提高蛋白质鉴定的牢靠性。利用AnchorChip 靶可进展样品的靶上浓缩和脱盐，大大便利了双向电泳分别后微量蛋白
11、样品的分析。承受实时校准技术抑制了 TOF 检测器易受环境温度变化而导致质量漂移的缺陷，布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案保证了长期稳定的高质量准确度。2、解决方案二：LC-MALDI 蛋白质组技术路线对于不适合进展双向电泳分别的样品，可以在 SDS- 分别后进展酶解或直接进展酶解或，再对酶解产生的肽段混合物进展LC-MALDI TOF/TOF 分析。通过 LC 分别后，大大降低了肽段混合物的简洁程度，格外有利于肽段的二级质谱分析。该技术路线可以用于蛋白质构造的深入分析和血清分肽的鉴定，还可以用于定量蛋白质组学。2.1. 必要的硬件和软件PROTEINEER fc是一个将LC分别后
12、多肽/蛋白质组分直接进展MALDI点样的自动收集点样器，与纳升液相结合组成LC-MALDI技术路线的前端样品分别系统， 将PROTEINEER fc 和能对液相系统实行实时把握的HyStar软件有机的结合，形成了一个全自动的从液相分别到质谱分析的蛋白质组学流程。 LC分别后的样品可直接点在预先点好基质和校准品的PAC靶上，不仅提高了分析的灵敏度，还大大节约了时间和人力劳动。通过WARP-LC软件可以格外便利地进展LC-MALDI数据的采 集和分析。5Autoflex Speed MALDI纳升液相Proteineer fc自动收集点样器2.2. LC-ESI-MALDI-MS/MS 相辅相成众
13、所周知，MALDI TOF/TOF和ESI-Q-TOF在蛋白质的鉴定中的作用是互补的， 布鲁克公司在Biomarker鉴定工作中整合了在线 LC-micrOTOF-Q的技术平台。利用Bruker HyStar软件把握液相和点样器，通过分流系统将LC分别后的待检物质分别送入MALDI TOF/TOF和micrOTOF-QII ESI-Q-TOF系统中.追踪已觉察的Biomarker在液相的洗脱时间，经WARP-LC软件整合LC-MALDI TOF/TOF和ESI-Q-TOF的数据以到达最终鉴定目的。目前只有Bruker公司能够实现自身的软硬 件的完善结合，为用户今后扩展蛋白质组学质谱平台奠定了根
14、底，从而更有效地帮助争论人员解决蛋白质鉴定工作中遇到的问题。纳升液相分离2.5l/minSplit在线 LC-ESI-Q-TOF10 sec/Fraction离线 LC-MALDIProteineer fc自动收集点样器布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案3、解决方案三：Clinprot 液体芯片飞行时间质谱系统基于飞行时间质谱的 Clinprot 是一个完整的临床蛋白组学解决方案，包含了样品处理液体芯片试剂盒、质谱检测MALDI TOF和数据分析ClinProtTools。整个临床蛋白组学流程见图 1。图1、Clinprot 系统流程简介3.1 质谱分析质谱分析承受的质谱仪是布鲁克
15、公司flex 系列的MALDI TOF/TOF飞行时间质谱仪，布鲁克公司是目前世界上唯一一家特地生产高性能生物质谱的公司。其中MALDI TOF(/TOF) 质谱仪 1997 年进入中国市场，目前已有近七十个大学、争论所和医院购置了该类型的质谱仪。该仪器在德国生产制作，仪器品质值得信任。3.2 分析软件除了操作仪器和处理质谱图的软件以外，布鲁克为液体芯片解决方案开发了自己的处理软件 ClinProTools。ClinProTools 软件是一个具备生物标志物检测和评价的全部主要功能的生物信息学软件，可以进展数据的预处理，能够从大规模样品组中获得强大的直观可视化数据，可以进展峰统计和模式识别，可
16、进展聚类分析和独立试验数据敏感性、特异性的穿插验证，同时也可以满足未知样品的分类需要。9该软件具有以下特点：a. 软件可在 windows 系统下安装、运行，易学、易用、直观。b. 软件具有疾病生物标志物的觉察和鉴定，疾病诊断模型建立，疾病推想等功能。c. 软件可同时分析八组数据，可包括正常人和 7 种不同的疾病类型，含有模型显示、模拟凝胶、簇群分析等几个窗口。d. 软件含有三种高级生物信息统计算法：Support vector machine、QuickClassfier和 Genetic Algorithm，用于正常和疾病模型的建立和推想。e. 可显示单个和平均的质谱图，分析更加灵敏便利。
17、f. 可设置的数据分析参数多，包括：基线扣除、峰定义和校准、平均化等。g. 生物标志物可重点突出的标明，可让用户直观的了解每一个谱图，确认最终的结果。h. 可存储每次分析的完整数据，很多据丧失之忧。3.3 液体芯片质谱仪的用途1) 疾病相关差异蛋白/多肽的觉察，用于临床疾病的早期诊断和个体化治疗等。2) 蛋白/多肽的鉴定，用于疾病生物标志物的觉察，在临床上可应用于疾病的早 期诊断和预警和个体化治疗等。3) 安康人血清多肽谱、疾病特异谱图等的构建，用于临床疾病，如肿瘤等的早期诊断、预警、个体化治疗、手术、放化疗等的预后等。4) 疾病诊断模型的建立，可应用于疾病的早期和快速诊断。5) 糖类、核酸与
18、反义核酸等生物大分子相互作用，可应用于药物的筛选和评价。6) 糖蛋白争论，可应用于肿瘤标志物的觉察等方面。4、解决方案四：组织分子成像(MALDI IMAGING)4.1 根本工作流程1) 导电玻璃片固定组织冷冻切片；2) 组织切片外表喷以基质；3) MALDI TOF 质谱仪测定；4) flexImaging- 分子成像软件MALDI 组织分子成像技术是今年来兴技术，用于快速直观的觉察组织中的生物标志物，目前处于临床医学争论阶段。具有可观的临床诊断前景，为医学临床诊断学的争论供给了一个具有前瞻性的医学平台。在临床病理诊断中抑制了人为因素，医生有可能用真实的数据来评判病情。同时也是病理组织染色
19、领域的一个全的里程碑。布鲁克公司从硬件和软件两方面为这一划时代的技术供给了完整的解决方案。而 ABI 公司的局部硬件和软件承受的是第三方产品，从而可以充分说明一个质谱公司对质谱在临床争论领域的应用的重视和投入程度。布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案4.2 布鲁克公司性能牢靠、独一无二的硬件组合导电玻片样品靶Smartbeam激光自动基质喷雾仪flexImagingTMClinProtToolsTM4.4 功能多样化、信息量大、可视性好的把握软件和生物信息软件组合 flexImaging Software 特地用于 MALDI IMAGING 分子成像的分析软件，包括图谱的生成及相关
20、数据的分析； ClinProtTools 可用于觉察组织中的生物标志物，其具有统计学意义的主成份分析可使您的争论更具有代表性。主成分分析(PCA)布鲁克公司MALDI TOF/TOF 解决方案4.5 主要应用: 差异蛋白觉察和确证 蛋白表达谱 用于药物代谢的争论 免疫组化的替代5、解决方案五：微生物快速鉴定与分类5.1 工作流程5.2 MALDI Biotyper 的工作原理每种微生物都有自身独特的蛋白质组成，因而拥有独特的蛋白质指纹图谱。MALDI Biotyper 高通量微生物鉴定系统通过MALDITOF 质谱仪测得待测微生物的蛋白质指纹谱图，通过 Biotyper 软件对这些指纹谱图进展
21、处理并和布鲁克独家开发的微生物数据库中的三千多种微生物特征指纹谱进展比对，从而在几分钟之内完成对微生物的鉴定。125.3 MALDI Biotyper 的特点(1) 操作简洁、快速、通量高单个微生物菌落或其它生物材料经简洁的样品前处理(仅需几分钟)后，使用 MALDITOF 质谱仪进展测定。所获得的质谱图可直接送到 Biotyper 数据库进展检索。简洁而独特的工作流程不需要进展革兰氏染色、氧化酶试验或选择 PCR 引物。(2) 灵敏度高使用经久耐用且性能牢靠的布鲁克道尔顿的 MALDITOF 系列仪器，可以实现高重复性的快速检测。由于仪器的高灵敏度，可以检测到低至 100ng 的细胞，甚至25ng 的样品就能满足需求。(3) 准确度好MALDITOF 获得的蛋白指纹图谱用作模式匹配，匹配分值用作鉴定结果的分级和归类。Biotyper 软件对所得的图谱进展分析统一化，其简洁而精巧的校正和统计运算保证了鉴定的准确性。(4) 商品化数据库包括三千多种菌种；布鲁克公司独家拥有。总而言之，布鲁克公司的ultraflex III 具有供给完整的临床医学蛋白质组学争论的解决方案。