“组学国标”项目结硕果:最精准的mRNA测序与蛋白质组质谱

  二代测序、蛋白质组质谱,这些“巨大上”的组学手法早已不是稀罕事,使人们对生命和疾病的了解进入了一个簇新的年代。这些组学技能很多用于科研的一起,在运用范畴却陷入了巨大的窘境。

  蛋白质组质谱技能和RNA测序现在简直没有任何值得一提的临床运用,即便是在临床运用得相对较多的DNA测序,也饱尝重复性差、准确性差的诟病。虽然组学技能看上去有“一扫而光”的长处,但假如重复性差、准确性差,效果的可靠性就无法确保。在科研范畴会形成很多的糟蹋,乃至被不可靠的定论误导后续的研讨;在临床运用范畴乃至或许危及生命,或由于精度太低而形成信噪比低,导致分子符号物不能有效地被测定。

  DNA的运用多为定性(骤变检测),而RNA和蛋白质的运用多为定量。RNA和蛋白质的定量组学技能能差到什么程度?以RNA-seq为例,一般高丰度mRNA的定量重现性(技能重复)以CV(变异系数,等于规范差除以平均值)计,能做到10%现已很好了,30~40%也是常有的事;中低丰度mRNA的CV常常能超越60%。假如是生物学重复,还会更高。而蛋白质组质谱的重复性就更悲催了,且不说定量,同一个样品打两次质谱,判定到的蛋白质往往只要70-80%的重现性,即20-30%的蛋白质只在一次质谱试验中能被判定到;定量就更糟糕了,高丰度蛋白质CV 50%、中低丰度蛋白质CV 100%乃至都不稀有。组学技能差错这么大,也难怪现在有“精准医学不精准”的问题了。

  现在,国际上尚无任何一个组学质控规范出台,这也是形成咱们各自为营、难以规范和质控的关键问题。为了从源头上处理这个问题,我国科技部于2018年立项了《医学生命组学数据质量操控关键技能研制与运用》国家要点研制方案,由华南理工大学、暨南大学、北京师范大学等单位联合攻关,方针是开发一系列全流程新技能,将组学技能的精度提高到一个空前的新高度,并拟定相关的质控规范。2018年末,项目发动会在广州举行。

  项目发动仅半年不到,这个项目就已结出硕果,在RNA测序和蛋白质组质谱方面到达了现在国际最高的重现性。

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  2019年2月12日宣布的文章中,华南理工大学和暨南大学的团队将RNA-seq中高丰度mRNA的定量重复性做到了CV=53ppm,即0.0053%。是的,你没有看错,0.0053%。在30个菌株中安稳表达一个基因,进行RNA-seq。虽然各样本的测序通量相差100倍之多,但这个高丰度基因的表达量却惊人的共同,CV仅为53ppm。在更为困难的RNC-seq(翻译组测序)上,30个样本的生物学重复,该高丰度mRNA的翻译定量CV也做到了150ppm,即0.015%。这么安稳的表达量使得文章中底子无法画出差错线,由于画了也底子看不到。值得一提的是,这项研讨的测序实践是在深圳承启生物科技有限公司进行的,标明这项极点准确的RNA测序技能并不只仅停留在论文里,而是现已在商业服务环境下运转成功。

  2019年5月24日宣布的另一篇文章中,暨南大学和德国夏洛特医科大学的科学家将蛋白质组质谱的重现性相同推到了一个令人咋舌的境地。对大肠杆菌胞内全蛋白质组的两次生物学重复质谱试验,判定出的蛋白质重合率高达99.7-99.8%,亦即两次生物学重复(即培育两批相同的菌进行独立试验,不是一个样品打两次质谱)判定到简直完全相同的蛋白质。而且,这种超高的重现性能在多个菌株上安稳地完成,阐明并非碰运气,而是有着硬实力!

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  不只判定重现性高,根据DIA(非数据依赖性收集)的HRM-MS战略在暨南大学的质谱试验室中也安稳地到达了R=0.98的定量相关性,比较于以往的质谱定量试验R=0.8~0.94的水平有了显着的提高。到达这么高的水平也离不开各环节严厉的质控。论文中的数据也证明了,选用更谨慎的质控规范有利于定量相关性的进一步提高。

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  这些效果的宣布,标志着我国科学家在RNA和蛋白质组学定量技能的重现性和稳健性方面走在了国际的前列,差错极小、重现性极高的全流程组学技能能够在科研和运用上带来一场革新。在科研范畴,超高精度组学技能能够使人们研讨以往无从下手的问题:事实上,这两篇论文的宗旨都不在技能打破,而在于用技能打破处理了以往没能处理的生物学问题。在临床运用上,超高精度组学技能也必将为组学技能真实走向临床确诊奠定坚实的根底,一起也预示着新的职业规范和国家规范,为整个职业的规范化供给技能根据。

  参阅信息:

  https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-019-1377-z

  https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2019.00473/full