پژوهشگران دانشگاه Charité – Universitätsmedizin Berlin و موسسه Francis Crick موفق شدند روش جدیدی مبتنی بر طیف سنجی جرمی ابداع کنند که قادر به اندازه گیری نمونه های حاوی هزاران پروتئین آن هم در عرض چند دقیقه است. این روش سریعتر و ارزانتر از شمارش خون به روش های مرسوم فعلی است.
برای محک زدن کارایی این روش، محققان آزمایشی را بر روی پلاسمای خون جمع آوری شده از بیماران COVID-19 ترتیب دادند. آنها با استفاده از این فناوری جدید، یازده پروتئین ناشناخته را شناسایی کردند. نتایج این آزمایش در Nature Biotechnology منتشر شده است.
هزاران پروتئین در داخل بدن انسان فعال هستند و با واکنش های مختلف زندگی را برای ما امکان پذیر می کنند. بدن در مواقع لازم مثلا در پاسخ به عوامل خارجی مانند عوامل بیماری زا و داروها، میزان فعالیت پروتئین های خاصی را کم یا زیاد می کند. بررسی الگوهای دقیق پروتئین های موجود در سلول ها، بافت ها و نمونه های خون می تواند به پژوهشگران برای درک بهتر یا تشخیص و پیش بینی بیماری ها کمک کند.
اثر انگشت پروتئین یا protein fingerprint”” چیست؟
به منظور دستیابی به این اثر انگشت پروتئینی یا protein fingerprint”” ، محققان از طیف سنجی جرمی استفاده می کنند، فناوری که هم زمان بر است و هم هزینه زیادی دارد. اما “Scanning SWATH”، یک فناوری جدید مبتنی بر طیف سنجی جرمی است که نوید بخش این تغییر است. این فناوری که تحت هدایت پروفسور Markus Ralser مدیر انستیتوی بیوشیمی Charité طراحی و توسعه یافته است و بسیار سریعتر و مقرون به صرفه تر از روش های قبلی است و محققان را قادر می سازد تا روزانه چند صد نمونه را اندازه گیری کنند.
پروفسور Markus Ralser، که همچنین مسئول گروه تحقیقاتی Francis Crick در لندن است، می گوید: “برای بالا بردن سرعت این فناوری، میدان های الکتریکی طیف سنج جرمی را تغییر دادیم. داده های تولید شده از چنان پیچیدگی برخوردارند که انسان نمی تواند آنها را تجزیه و تحلیل کند”. وی می افزاید: “بنابراین ما الگوریتم های رایانه ای ایجاد کردیم که مبتنی بر شبکه های عصبی هستند و از این داده ها برای استخراج اطلاعات بیولوژیکی مربوطه استفاده می کنند. این روش به ما امکان می دهد هزاران پروتئین را به طور موازی شناسایی کنیم و زمان اندازه گیری را بسیار کاهش دهیم. خوشبختانه این روش بسیار دقیق است”
این فناوری کاربردهای بالقوه ای دارد. از تحقیقات پایه و تولید انبوه دارو تا شناسایی مارکرهای بیولوژیکی (نشانگرهای زیستی) که می تواند برای تخمین میزان خطر یک بیمار خاص استفاده شود. همچنین این فناوری برای مطالعه در مورد COVID-19 بسیار مناسب است.
اثر انگشت پروتئین protein fingerprint”” و COVID-19
به عنوان بخشی از این تحقیق، پژوهشگران با تجزیه و تحلیل نمونه پلاسمای خون از 30 بیمار COVID-19 بستری در بیمارستان Charité با شدت های مختلف بیماری، الگوهای پروتئین به دست آمده را با نمونه های 15 فرد سالم مقایسه کردند. البته این اندازه گیری ها به صورت جداگانه روی نمونه ها انجام شد و فقط چند دقیقه طول کشید.
محققان توانستند در مجموع 54 پروتئین را شناسایی کنند که مقدار آنها با توجه به شدت COVID-19 در هر فرد متفاوت است. در حالی که قبلا 43 مورد از این پروتئین ها در ارتباط با این بیماری شناسایی شده اند. این 11 پروتئین جدید شناسایی شده مرتبط با COVID-19 در پاسخ ایمنی بدن به عوامل بیماری زا نقش دارند و موجب افزایش میزان لخته شدن خون می شوند.
در کوتاهترین بازه زمانی، ما اثر انگشت پروتئینی protein fingerprint”” را در نمونه های خون کشف کردیم و اکنون قادر به استفاده از آنها برای طبقه بندی بیماران COVID-19 بر اساس شدت بیماری هستیم. این نوع ارزیابی می تواند بسیار ارزشمند باشد، زیرا بیماران گاهی اوقات شدت بیماری خود را دست کم می گیرند. با این حال، برای اینکه بتوان از تجزیه و تحلیل طیف سنجی جرمی برای دسته بندی بیماران COVID-19 استفاده کرد، این فناوری باید بیشتر اصلاح شده و به یک آزمایش تشخیصی تبدیل گردد. همچنین استفاده از تجزیه و تحلیل سریع الگوی پروتئین برای پیش بینی روند احتمالی COVID-19 امکان پذیر است. یافته های اولیه بسیار امیدوار کننده است، اما قبل از استفاده از این روش به صورت عمومی، مطالعات بیشتری لازم است.”
پروفسور Ralser متقاعد شده است که تکمیل تحقیقات مبتنی بر طیف سنجی جرمی می تواند روزی پازل شمارش اجزای خون را تکمیل کند: “تجزیه و تحلیل پروتئوم در حال حاضر ارزان تر از شمارش کامل خون است. با شناسایی همزمان هزاران پروتئین، تجزیه و تحلیل پروتئومیک اطلاعات بسیار بیشتری در اختیار ما قرار می دهد. بنابراین این روش پتانسیل بسیار زیادی برای ما (به عنوان مثال در تشخیص زودرس بیماری ها) ایجاد می کند. بنابراین ما به مطالعات برای توسعه فناوری پروتئوم ادامه خواهیم داد.”