生命科学前沿领域的热点学科蛋白质组成

前沿学科 1994年，在意大利Siena召开的一次2-DE电泳会议上，Marc Wilkins首次提出蛋白质组(proteome) 一词。同年，澳大利亚Macquarie大学的Keith Williams向澳大利亚政府提出了一项生物新技术建议，建议以一种不同于DNA快速测序的途径，对某一种生物的所有蛋白质进行研究，能够在分子水平上全面分析生物的遗传和有关信息。这种途径就是通过被称为双向凝胶电泳技术和现代质谱技术以及蛋白质信息（数据库）技术的综合方法对所研究生物的全部蛋白质进行筛选与序列分析。 1995年，悉尼大学Humphery Smith I实验室与Williams等4家实验室合作, 对至今已知最小的能自我复制生物—— 一种支原体(Mycoplasma genitalium) 进行了蛋白质成分的大规模分离与鉴定，并在文献中首次公开使用“proteome”一词，同时指出该文所采用的技术体系对于大规模鉴定并分析基因对应的产物以及发现新型蛋白均具有十分重要的意义。由此，开始了蛋白质组学研究的新时代。 人类基因组计划被誉为20世纪的三大科技工程之一。2001年，划时代的研究成果——人类基因组序列草图宣布完成。基因组计划的实现为生物有机体全体基因序列的确定，为未来生命科学研究奠定了坚实的基础。 但事实上，人类基因组序列草图的完成，并未达到当初计划的那样能够完全揭示生命活动现象极其奥秘的目的。就是说，基因组计划的研究结果也存在着一定的局限性：所获得的“海量的”核苷酸序列，其功能是未知的。这种真实的图景远不像普通人想象的那样简单，表明了科学研究的复杂性以及实践作为标准来检验真理的唯一性。因此，科学家进一步提出了功能基因组的概念。 现代科学表明基因是遗传信息的源头，而功能性蛋白则是基因功能得到最终表达的中间过程的执行体。基因组计划不能超越蛋白质功能的表达，因此它并不能提供认识各种生命活动直接的分子基础。功能基因组的研究其间必须研究生命活动的执行体——蛋白质这一重要环节。蛋白质组学研究即旨在解决基因组计划未完成的任务。 贺福初院士说：“如果说人类基因组计划是把人类送上了月球，那么蛋白质组计划将促使人类成功返回地球；如果说人类基因组计划是写满人类生命奥秘的天书，那么蛋白质组计划便是解读这本天书的方法”，这种形象的比喻，既阐明了基因组学与蛋白质组学的相互关系，又使蛋白质组学变得浅显易懂。 蛋白质是生物细胞赖以生存的各种代谢和调控途径的主要执行者，因此蛋白质不仅是多种致病因子对机体作用最重要的靶分子，并且也成为大多数药物的靶标乃至直接的药物。药靶，来源于对生命活动的生理与病理过程的研究；药靶，又形成制药业的发展源头。蛋白质组学正是近年来新发展起来的强有力的发现药靶的技术平台，作为一个新的学科发展领域，它对所有及时进入的国家都将提供巨大的机会。 一项科学统计表明：在20世纪90年代中期，全世界制药业用于找寻新药的药靶共约483个，它们主要是蛋白质 (受体占45％，酶占28％等)；而当时全世界正在使用的药物总数约是2000种，其中85％都是针对上述483种药靶。这483种药靶分子构成了全世界药厂的最重要的发展源泉。 从功能基因组学的角度，人们认为每种疾病平均与10个左右基因相关，而每种基因又与3—10种蛋白质相关，如果以人类主要的100一150种疾病进行计算，则应该有3000-15 000种蛋白质具有成为药靶的可能。也就是说还可能有几千到上万种的新药靶将被发现，这将是功能基因组研究有可能带来的一笔巨大的科学、经济财富；不容置疑，这也是为什么蛋白质组学作为发现药靶的主要技术平台在20世纪90年代末期以来越来越受国际巨型跨国制药集团垂青的重要原因所在。 由于蛋白质组学研究比基因组学研究更接近实用，具有着巨大的市场前景，企业与制药公司纷纷投入巨资开展蛋白质组研究。如完成人类基因组测序的Celera公司已宣布投资上亿美元于此领域；又如日内瓦蛋白质组公司与布鲁克质谱仪制造公司联合成立了国际上最大的蛋白质组研究中心。 鉴于蛋白质组学研究的战略重要性和技术的先进性，西方主要发达国家在这一新型领域争先恐后，均已投入巨资全力启动此领域的研究。目前，国际上至少有200所大学建立了蛋白质组学研究中心（或实验室），从事蛋白质组学研究工作；至少有5个知名的植物蛋白质组学研究中心（或实验室），如荷兰国家蛋白质组学中心旅馆的瓦赫宁根大学的国家植物蛋白质组学研究中心；加拿大Albert大学的农业基因组学与蛋白质组学中心（2004年国家投入120万美元）；美国Cornell大学2001年国家投入260万美元建立了植物蛋白质组学代谢组学研究中心等。 中国有关蛋白质组学的研究，首先开始于中国医学科学院，之后中国科学院系统也购置了蛋白质组学方面的设备、仪器，从事蛋白质组学研究。再后也就是近几年来，我国个别有实力的综合性大学，在国家重大项目的支持下，购置了蛋白质组学方面的设备。为了紧跟世界科学前沿，中国医学科学院蛋白质组学研究设备已更新为第二代产品。 国内各蛋白质组学研究单位都希望能在该领域紧跟世界科技发展的步伐，但也存在着研究工作开展不全面、不平衡等问题。如有的购买的设备不齐全（如缺一种质谱仪），有的还是应用过去不先进的方法（如管状等电聚焦电泳）。 我国在加速蛋白质组学研究力度方面，采取的有力工作是筹备国际第三届人类蛋白质组学大会，大会于2004年10月24—27日在北京召开，有3000多名科学家参加盛会，会前还安排3天的相关知识和实验技术的培训。这为我国在蛋白质组学领域的研究力度和普及度起到了很大的推动作用。 这里建议学校能够尽早成立中国农业蛋白质组学研究中心，为全校各项科研奠定一个良好的基础平台；学校也应尽早派研究人员出国学习，或参加国内外会议，以了解国际国内在蛋白质组学方面的研究进展，开展蛋白质组学科学研究和教学工作，使我们在蛋白质组学领域能迎头赶上，以便更好地实施国家“985工程”项目。 综上所述，认为蛋白质组学是功能基因组学这一前沿研究的战略制高点，蛋白质组学将成为新世纪最大的战略资源——人类基因尤其是重要功能基因争夺战的重要“战场”。植物蛋白质组学研究有着广阔的应用前景。