颠覆认知，重塑可能 | 全新Orbitrap Astral质谱仪在蛋白质组学应用中的进展

2023年6月4日，ASMS会议中，赛默飞推出了基于全新质量分析器的Orbitrap Astral质谱仪，为生命科学质谱应用带来了未来的无限可能。蛋白质组学因其在理解生命科学中的重大意义及技术上对于质谱仪的高分辨率、高灵敏度、高质量精度以及定量准确性的全方位高要求，使得我们愈发得期待全新Orbitrap Astral质谱仪能够为蛋白质组学向更快、更深、更全面的发展提供帮助。而全新Orbitrap Astral质谱仪的表现如何呢？让我们用数据说话~

在对于生命体的理解中，作为生命活动的zuizhong执行者，蛋白质的重要性不言而喻；而蛋白的复杂性极高，在不同的物种、组织、细胞等层级中，它具有不同的时空表达特异性；在这些变化中，同样的蛋白可能会有不同的形态，而呈现中多种多样的功能；而这些变化可能发生在不同的细胞中，也可能发生在不同的细胞组分甚至是不同的蛋白复合物中。

分析蛋白质的金标准技术是质谱技术，现代质谱技术应用于蛋白质组学的分析中，我们明确的有三个大的方向亟待改进：

1. 检测通量，我们需要将检测的能力提升至上万个样品的大队列的水平；

2. 更高的蛋白组覆盖度，我们期待在每次检测中都能够得到所分析样品更高的蛋白鉴定深度，从而鉴定与定量更多感兴趣的蛋白；

3. 灵敏度，即在极低量的样品中如单细胞样品中即可获得zuida蛋白组覆盖度的能力。

赛默飞一直致力于多个质谱质量分析器的组合，期待它们能如同交响乐般的发出混合且和谐的声音，对于质谱仪而言，我们现在所使用的质谱仪无疑是非常强大的，以Orbitrap为例，它具有超高的分辨率、质量精度和动态范围，它一直支撑着我们走过了蛋白质组学的蓬勃发展的阶段，时代的脚步再一次来到了全新的Orbitrap Astral质谱仪，在这里，我们将在检测通量、蛋白组覆盖深度、灵敏度及jingzhun定量等多个维度展示其chaoqiang悍的性能：

图1：全新一代Orbitrap Astral质谱仪全面提升蛋白质组学分析能力

首先，我们看检测通量的变化：

现在我们的科学家们所拥有的的丰富的样品量与目前市面上的质谱所能提供的单日检测通量有着显著的矛盾，目前我们的质谱仪约能提供的单日zuida检测通量约为48个样品，而Orbitrap Astral 创造历史的将这个值提升至每天180个样品，这使得蛋白质组学在分析中的限速步骤不再是质谱的通量；每天180个样品通量意味着我们的单个样品总梯度为8min，实际分离梯度为5.5min，超短的梯度能提供超过8000个protein group的鉴定深度！而如果使用略长的14.4min梯度，达到100SPD（单日检测样品量），可以得到单个样品9000个protein group的鉴定深度；而24min梯度60SPD，则可以得到单针超过10000个蛋白的鉴定；60min梯度就可以得到超过12000个蛋白的鉴定水平；超高的检测通量兼具鉴定深度，使得用户能更加游刃有余的根据其实验需求，在检测样品通量与样品鉴定深度之间寻求更好的平衡；更深的鉴定能力带来对于生物学功能的更深的认知，我们期待着全新一代Orbitrap Astral质谱仪带给我们更有趣的生物学发现！

图2：全新一代Orbitrap Astral质谱仪兼具超高的检测通量与深度蛋白组覆盖能力（点击查看大图）

TMT技术路线是定量蛋白质组学的重要方法之一，目前TMT的通量已经达到18-plex，而全新的Orbitrap Astral质谱仪，其结合了超高分辨率和动态范围的Orbitrap质量分析器与超高扫描速度及超高灵敏度的Astral质量分析器，分别执行一级与二级扫描，二级Astral质量分析器在m/z524时的分辨率约为8万分辨率（m/z130时分辨率约为5万），适用于分辨TMT的报告离子从而进行TMT定量。如果将TMT样品分为2个fraction，运行90min梯度，即可拿到8000个定量蛋白；按照TMT-18plex的通量，我们可以达到每天144个样品的检测通量；而如果我们使用4个fraction进行检测，则可以拿到超过10000定量蛋白。

图3：全新一代Orbitrap Astral质谱仪为TMT定量检测注入全新动力（点击查看大图）

其次，我们来关注蛋白组的覆盖度：

更深的蛋白质组覆盖度一直是我们的追求，以目前的质谱技术，蛋白鉴定的zuida深度在12000个蛋白附近，这个值与mRNA测序相当；其实我们如果想要使用质谱技术来实现目前的鉴定深度，要牵扯到很多步骤，一般需要进行离线分级后多针上机检测的操作，比如，我们可以首先运行一个77min的离线分离梯度，收集46个馏分，每个馏分33min梯度；消耗了34.5个小时，zuizhong达到12000个蛋白的鉴定水平；人们用这种方法，这样的蛋白鉴定深度，得到了很多生物学信息，比如肿瘤细胞系的通路等，发现了很多关键蛋白；如果我们想把这样的技术路线用在真正的大规模研究上，它对机时的消耗过于巨大了，实验过程过于艰苦；而我们使用全新的Orbitrap Astral质谱仪，能够实现单针，60min色谱梯度的情况下，即可达到12000个蛋白的鉴定；那如果我们在Orbitrap Astral上也使用多次进样的方法，4.5小时我们就可以拿到超过15000个蛋白了，这也使得我们在历史上diyi次无限接近于整个蛋白质组的鉴定深度。其一天内的鉴定通量达到了8个proteomes的水平，我们真正具备了处理大规模研究的能力。

图4：全新一代Orbitrap Astral质谱仪为蛋白质组学带来前所未有的鉴定深度（点击查看大图）

在蛋白质组学中，除了常规的细胞裂解液样品，解决具有极大的动态范围的血液样品也是巨大的挑战。在180个SPD的通量下，未经高丰度去除的血浆样品可以达到600个蛋白的鉴定水平，若需要更深的覆盖度，经seer处理后的5个fraction长梯度可达到超过6000个蛋白鉴定深度。而使用30min梯度分析经富集的血浆样品（5个fraction单独进样），DIA方法更是能够重复定量样品里的4500多种蛋白。全新一代Orbitrap Astral质谱仪鉴定深度，使得我们的用户可以根据实验需要，在鉴定深度与通量之间寻求到平衡。

图5：全新一代Orbitrap Astral质谱仪为血液样品研究带来新的可能（点击查看大图）

而后，我们来关注灵敏度：

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如今单细胞组学快速走进了人们的视野，要进行更深度、更高通量的单细胞蛋白质组学，对质谱的灵敏度提出了更高的要求。我们研究蛋白质组学，从来便是越深入越困难。而全新的Orbitrap Astral质谱仪，可以以极高的速率进行高动态范围的检测，同时兼具超高的灵敏度。在进行单细胞蛋白质组学的检测中，全新的Orbitrap Astral质谱使得我们可以以80个SPD的检测通量(18min梯度单针运行时间)的同时得到超过5000个蛋白的鉴定水平。这表明，使用全新的Orbitrap Astral质谱仪，我们可以在检测通量翻倍的同时，得到更高的蛋白鉴定能力，从而为单细胞蛋白质组学树立了新的标准。

图6：全新一代Orbitrap Astral质谱仪为单细胞蛋白质组学树立新的标准（点击查看大图）

定量蛋白质组学不仅追求更高的鉴定能力，我们也同时迫切的需要更加jingzhun的定量，从而为我们提供准确的差异蛋白信息，指导生物学研究。全新的Orbitrap Astral质谱仪具有在宽线性动态范围的基础上的jingzhun的定量能力，如图7，在经过不同比例混样的样品比较中，Orbitrap Astral所产生的定量比值，均符合实际混样比例，提供了jingzhun的定量比值。甚至即使是极低的拷贝数的蛋白(如200-3000个拷贝数)，Orbitrap Astral也能提供jingzhun的定量值。

图7：全新一代Orbitrap Astral质谱仪展现了jingzhun的定量性能（点击查看大图）

在拥有了强劲的性能后，我们还需要仪器能够更加稳健的运行：在仪器的鲁棒性测试中，进行了超过2200次进样，其间的QC数据均表现出优异的鉴定稳定性与重现性。

图8：全新一代Orbitrap Astral质谱仪拥有优异的稳定性与重现性（点击查看大图）

总   结

赛默飞全新划时代的蛋白质组学工作流，为您的蛋白质组学研究提供无缝衔接的全面支持。新的时代，无比期待!

图9：赛默飞全新划时代的蛋白质组学工作流

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