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新加坡国立大学姚少钦教授 Angew: 深度学习辅助水凝胶传感器多重识别蛋白质翻译后修饰
2023-03-03  来源：高分子科技
关键词：水凝胶 光子晶体 机器学习 翻译后修饰 床旁检测

  蛋白质的翻译后修饰（PTMs）在许多生物过程中发挥着重要作用，包括细胞信号传导、基因表达和蛋白质折叠，并且异常的PTMs与多种疾病有关，例如癌症。因此，对PTMs的多重检测在早期诊断蛋白质相关疾病方面具有重要意义。


  近日，新加坡国立大学姚少钦团队在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表了题为“Multiplex Identification of Post-Translational Modifications at Point-of-Care by Deep Learning-Assisted Hydrogel Sensors”的论文（DOI：10.1002/anie.202218412）。该团队报道了一种机器学习辅助的光子晶体水凝胶（PCH）传感器，用于多重检测PTMs，特别是在癌症诊断中的应用。该成果通过将多个密切相关的PCH传感器集成在一个检测芯片上，实现了对特定蛋白质位点的快速筛查，只需用肉眼或手机即可实现，并证明了实时监测蛋白质磷酸化的可能性。 


图1. PCH传感器芯片的制备及智能检测/预测过程的示意图


  该项研究的实验结果表明，所设计的PCH传感器芯片能够裸眼检测并识别蛋白质/多肽的不同PTM类型，如磷酸化、甲基化和乙酰化。作者以波形蛋白（VIM）为例进行了不同磷酸化位点、不同变异类型、不同截断的识别，并且在智能手机APP帮助下实现了定量检测。 


图2. PCH传感器芯片识别不同蛋白质/多肽的PTMs


  作者利用该芯片采集数据并利用神经网络算法训练得到模型后，能够精确地预测PTMs的类型和浓度，从而实现对PTMs的多重检测，省去了人工识别的繁琐计算。此外，作者还展示了该方法在活体哺乳动物细胞中检测和区分不同磷酸化位点的上下调节的能力。该方法具有快速、准确、便携和实时监测的优点，并且能够在活体细胞中实现对PTMs的多重检测。该研究为早期诊断蛋白质相关疾病提供了一种有前途的方法。 


图3. 利用CNN进行不同PTM类型的预测


  该论文第一作者为新加坡国立大学秦俊杰博士，论文通讯作者为新加坡国立大学姚少钦教授。姚少钦教授，博士毕业于美国普渡大学，毕业后分别于加州大学伯克利分校癌症研究院和斯克里普斯研究所从事博士后研究工作。2011年起获聘国立大学终身正教授，2012年起被聘为首席教授。研究兴趣包括化学蛋白质组学、小分子探针荧光探针、高通量筛选等，利用化学、生物、材料等多学科交叉领域，开拓崭新的研究方法去探索生命科学中具有现实意义的课题。迄今为止已经在《Nature》，《PNAS》，《Nat Commun》，《JACS》，《Angew》等杂志上发表SCI论文200多篇。


  原文链接 ：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202218412

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（责任编辑：xu）
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