有着Y字形的独特抗体使用非常广泛,但也是生物学领域让人头疼的试剂。
图片来源:Science Picture Co./SPL
一只老鼠最先引起Clifford Saper的警觉,让他认识到抗体在误导科学界。Saper从1994年~2011年担任《比较神经学期刊》主编,他曾处理过数十篇科学家利用抗体标记神经递质及其受体位点的论文。
在世纪之交,科学家利用基因敲除小鼠——通过基因工程使目标基因失去表达的动物——进行的科学实验蜂拥而至。相关研究结果却让人不安,基因敲除小鼠应用抗体之后应该和那些未经过基因编辑的小鼠表现出非常不同的模式,然而,很多时候采集到的图片都过于雷同。
“随着这个原因产生的撤稿越来越多,我开始意识到,我们仍然没有评估使用抗体的研究论文的系统方法。”现在美国马萨诸塞州波士顿贝斯以色列女执事医疗中心担任神经学主任的Saper回忆说。
为此,就有了一本期刊的改革。Saper和编辑同事对每种抗体制定了要有广泛有效的数据支撑的政策。他回忆说,这个政策可以让编辑把关更加精确,但是却不利于文章提交。“很多作者卡在了中间环节,后来他们觉得在别的地方发表文章更加容易。”但是Saper仍然坚持该标准。他的努力最终形成了JCN抗体数据库——包括数千种可靠的神经解剖学抗体清单。
今天,生物医学研究者如果仍然收集抗体故事,可能会发现它们比乡村音乐唱片里传出的悲歌更多。最常见的抱怨是这种试剂的欺骗性:这种买来用于检测X蛋白的抗体,却偷偷地和Y蛋白结合(甚至可能完全忽视X蛋白)。另一个抱怨是“丢失的珍宝”:当一批新抗体没能复制出此前的发现时,一轮具有良好前景的实验最终被迫停止或陷于泥沼之中。
抗体在
领域是普遍使用的工具。可能它们最受欢迎的用途是在蛋白印迹方面,可以用来揭示细胞或组织样本中一种特殊蛋白的存在,但是它们还可以通过免疫组织化学和免疫荧光在显微镜下用来识别蛋白,此外还可以利用抗体的假定能力使特定的生物分子结合。来自在线采购门户网站Biocompare的一份报告指出,抗体研究市场每年的利润在25亿美元左右,而且仍在继续增长。其中可选择的用品令人眼花缭乱:有成千上万家供应商在提供商品。
与此同时,这些抗体同样也是不可靠的试剂,相关发现让人警醒。瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院蛋白质研究员Mathias Uhlén说,科研抗体领域存在的问题已经积久成疾,现在改变的时机已经成熟。“科学界非常希望能够解决这个问题。”
现在,技术进步和科学界态度的转变正在扭转局势,准备穿过抗体的泥沼。
刺激行动
各种不满在刺激着不同的前沿研究采取行动。今年9月,Uhlén主持了由于人类蛋白组织(一家位于加拿大温哥华的国际财团,主要支持了解蛋白的大型项目研究)主办的抗体验证研讨会。同月,美国实验生物学学会联合会也举行了圆桌会议,探讨抗体的问题,该会议期待在明年年初起草相关建议。美国国立卫生研究院(NIH)也在关注这一议题。从明年1月开始,经费申请必须把描述抗体鉴定以及其他实验所需要的关键元素包含在内。长远的解决方案有望在明年9月由全球生物标准协会主办的会议上提出,届时会议将在加利福尼亚州阿西洛玛举行。
“我们希望,科学界可以达成共识性的指导规范。”马里兰州贝塞斯达国立综合医学研究所主任Jon Lorsch说。通过这种方式,当涉及到它们如何鉴定抗体材料的真伪时,经费申请人和评审人才会有可以参考的规范。
这样的规范应该采取广义的形式。“我们不是在讨论好的和坏的抗体,而是那些可以在具体的文章和具体的背景中发挥作用的抗体。”Uhlén说。评估种类可能包括基因敲降和敲除方法,以此验证抗体是否结合,甚至是在目标蛋白不存在的情况下。另一种方法是利用荧光标记标准目标蛋白,以此揭示抗体是否和未标记的蛋白结合。第三种方法是利用一个具有明确特征的抗体对比另一种新抗体。最终,研究人员可以利用这种抗体及其结合对象,分析预期蛋白片段的分子结合。
检测抗体并不存在单一的最好方法,马萨诸塞州CST抗体公司首席科学官Roberto Polakiewicz说:“研发抗体是一项科学实践,需要了解应该做什么实验让一种抗体有效的专业人士。”如果客户看不到数据,作出了自己的判断,他们就需要寻找一种新抗体。
此外,考虑到抗体可能在所有类型的组织和实验条件下起作用,商业供应商也很难保证抗体的可靠性,加州圣迭戈索尔克研究所神经学家Paul Sawchenko警告说。“除非你非常幸运,此前有人曾在同样的实验条件下在同一个物种系列的同一个组织中进行过具体的研究,否则你应该自己动手检验抗体的可靠性。”
重要信息
了解其他研究人员的工作可以事半功倍,但是描述真正使用了哪种具体试剂的抗体试验文章却远不足一半。即便作者的文章包含产品样本号,但是公司也有可能不再继续生产抑或是已经出售了生产线,使其很难跟踪,加州大学圣迭戈分校信息学家Anita Bandrowski这样指出。Bandrowski是NIH资助的一项资源验证计划的项目负责人,该计划包括多个学术合作者,旨在创建独特的抗体标识符,同时劝说数十家期刊请作者提供他们使用的抗体的具体名称。
由此,信息开始逐渐积累。目前已出现20多家网络门户帮助研究人员选择抗体。一些用户会评论抗体的表现,并提供对比方法。一家科学出版社F1000设立的抗体验证通道,可以让研究人员公开他们的往来账目,甚至可以要求同行评议。Biocompare网站则雇佣了一名编辑,其主要职责是和研究界沟通并请他们写评论。
一些抗体供应商,比如英国伦敦圣约翰实验室,会向研究人员提供免费产品,并以此作为交换请科学家进行试剂测验和分享结果。一家名为抗体在线的供应商,则请独立第三方对产品进行检验。但是很多科学家对匿名评议信息仍然抱有审慎态度,由于用户和公司提供的数据可能并不多,一些项目只会在抗体发挥预期作用后才写评价。“有时,雇佣一名私家侦探似乎比订购一种具体的抗体更加容易。”很多抗体门户如此评价。
未来评估
一些研究人员正在研究直接对比抗体的机制。加拿大多伦多大学国际结构基因组学联盟(SGC)主任Aled Edwards和同事利用质谱分析法,探测及对比了1000多种通过抗体免疫沉淀反应被摘取下来的组蛋白,此次合作研究集合了5家相关实验室,花费了4时间,斥资300万美元,而且还不包括实物捐赠。最终,研究团队建立了一套程序,用来评估抗体的质量以及分享其表现信息。
挪威奥斯陆大学医院蛋白质组学研究专家Fridtjof Lund-Johansen正在研究一种雄心勃勃的微球分析技术,可以迅速检测上千种抗体。该计划是把细胞蛋白分成不同的片段,然后利用两种不同方法对每个片段作出描述。这些质谱数据可以作为含有抗体的实验结果的参考。Lund-Johansen坦言,把这一想法变成严谨的文章需要花费大量精力。“这非常雄心勃勃。这个想法可能听起来有些疯狂,但这是唯一的通道。”其他科学家也对这种方法抱有兴趣,但是却很好奇它是否可以利用普通技术预测抗体表现情况。
Edwards表示,当前最棘手的挑战并不是抗体有多难分辨,而是劝说细胞生物学家在彻底评估完毕之后再去使用抗体。他怀疑,如果资助者和出版商不强迫解决这一问题,科学家可能会置之不理。“现在,我们的(抗体)市场管理仍很混乱,供应商在出售产品时不需要任何质量保证。”换言之,他说,如果研究人员在选择试剂方面花费更大精力,那么才会有相应的指导方针、数据描述和尽职尽责的供应商。(红枫)
《中国科学报》 (2015-12-17 第3版 国际)