我們?nèi)祟?lèi)是進(jìn)化樹(shù)的頂級(jí)，這是五十億年來(lái)在地球上生活過(guò)的最復(fù)雜的生物。對(duì)?我們實(shí)際證明我們的生物學(xué)復(fù)雜性的一種方法是觀(guān)察我們的身體可以產(chǎn)生的不同蛋白質(zhì)的數(shù)量，以構(gòu)建我們所有不同類(lèi)型的細(xì)胞以及他們需要的其他東西。

這個(gè)數(shù)字在人類(lèi)中約為20,418。我們顯然比雞(18,346)，蒼蠅(13,931)和細(xì)菌更復(fù)雜，其中一些只能產(chǎn)生幾百種不同的蛋白質(zhì)。但這里有一個(gè)令人羞愧的消息：一些甲殼類(lèi)動(dòng)物可以制造多達(dá)30,000種蛋白質(zhì)，而一種紅甘藍(lán)含有近60,000種不同的蛋白質(zhì)。

科學(xué)家們?cè)O(shè)法為這個(gè)明顯的難題提出了解釋?zhuān)⒄攘宋覀冏鳛橐粋€(gè)物種的尊嚴(yán)。使我們比卷心菜更復(fù)雜的特征之一就是所謂的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，蛋白質(zhì)從我們的DNA中復(fù)制后可以改變的方式。如果我們考慮到這些，那么人類(lèi)細(xì)胞中不同蛋白質(zhì)的總數(shù)估計(jì)為100萬(wàn)。

然而，與展示卷心菜相比，更重要的是，這些蛋白質(zhì)的變化，我們?cè)谶@里稱(chēng)之為蛋白質(zhì) “ 衣服 ”，可以幫助我們解決癌癥等疾病。我們開(kāi)發(fā)了一種微型設(shè)備，可以分析人體組織樣本中的蛋白質(zhì)衣物，有助于更早發(fā)現(xiàn)腫瘤或了解驅(qū)動(dòng)它們的原因以及如何最好地治療它們。

就像人類(lèi)一樣，我們體內(nèi)的蛋白質(zhì)在沒(méi)有任何衣服的情況下出生。但在開(kāi)始工作和與其他蛋白質(zhì)交往之前，他們中的大多數(shù)都穿著相當(dāng)于穿衣服。這些蛋白質(zhì)服裝可以改變“裸”蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，功能以及它與其他蛋白質(zhì)的相互作用。因此，蛋白質(zhì)服裝對(duì)我們身體的復(fù)雜性做出了巨大貢獻(xiàn)。

這個(gè)比喻以不同的方式運(yùn)作。正如只有一個(gè)地方你可以(舒適地)戴上左手手套而你的老花鏡不會(huì)起作用，蛋白質(zhì)只能在他們的結(jié)構(gòu)上的特定位置進(jìn)行修改才能使它們工作。

蛋白質(zhì)修飾也可以逆轉(zhuǎn)。正如我們可以脫掉夾克一樣，如果我們太熱，蛋白質(zhì)可能會(huì)有一些衣服，如磷酸鹽組，在幾分之一秒內(nèi)被移除。但其他修改非常穩(wěn)定。例如，如果向蛋白質(zhì)中添加甲基或脂質(zhì)基團(tuán)，則它們就像很難去除的“紋身”。

像我們一樣，蛋白質(zhì)可以同時(shí)穿著許多不同的衣服。在某些情況下，這些不同的修飾可以相互作用，并且還影響可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行的其他改變。

但是這一切與疾病有什么關(guān)系呢?就像我們生病和住院時(shí)換衣服一樣，如果我們患有心血管疾病和癌癥等疾病，我們的蛋白質(zhì)改變可能會(huì)有很大不同。在這些情況下，修改出了問(wèn)題，蛋白質(zhì)可能在錯(cuò)誤的地方穿著錯(cuò)誤的衣服。這可能發(fā)生在我們已經(jīng)提到的一些修改中，例如磷酸鹽和甲基。

這意味著如果我們能夠確切地了解組織樣本中的蛋白質(zhì)衣物是如何出錯(cuò)的，那么我們就能更好地理解身體內(nèi)部的情況。我們開(kāi)發(fā)的一種方法是使用我們稱(chēng)之為癌癥的芯片系統(tǒng)。我們可以將取自腫瘤的樣本放在類(lèi)似微芯片的裝置中，大小與大硬幣一樣大。該芯片不是電子電路，而是包含一個(gè)微小的“微流體”管網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)樣品進(jìn)行一系列化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

早點(diǎn)發(fā)現(xiàn)癌癥

這使我們能夠用小組織樣本重建體內(nèi)條件，而無(wú)需在動(dòng)物身上進(jìn)行試驗(yàn)，以快速測(cè)試各種標(biāo)準(zhǔn)和新藥以及放射治療。因?yàn)槲覀兛梢苑浅?zhǔn)確地控制實(shí)驗(yàn)的條件，我們應(yīng)該能夠研究哪種治療最適合該特定患者，這種方法稱(chēng)為個(gè)性化或精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。但是片上癌癥實(shí)驗(yàn)也可以讓我們研究腫瘤中蛋白質(zhì)的變化，包括翻譯后修飾。

這很重要，因?yàn)檫@意味著我們可以通過(guò)識(shí)別早期發(fā)生的修改來(lái)找到發(fā)現(xiàn)癌癥的新方法。這將使我們能夠更快地診斷出疾病，使我們有更好的機(jī)會(huì)成功治療它。確定具體的修改也可以幫助我們了解腫瘤的生物學(xué)以及導(dǎo)致或驅(qū)動(dòng)癌癥的機(jī)制。

我們目前正在使用這些癌癥芯片模型來(lái)研究新的疾病機(jī)制和治療方法，并且在未來(lái)幾年內(nèi)我們希望將它們用于真實(shí)患者的臨床試驗(yàn)中。在這一點(diǎn)上，我們希望蛋白質(zhì)服裝不僅可以告訴我們物種的生物復(fù)雜性，還可以告訴我們每個(gè)人內(nèi)部存在的復(fù)雜條件。