星空官方塞尔塔赞助商:基于FIDA技术探讨研究帕金森和酶制剂应用案例——专访丹尼尔・奥岑教授
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。尽管这两个研究方向差异显著,但有一种仪器已成为支撑两者的核心技术平台,即
尤其是在解决蛋白质寡聚体特性、膜结合作用及酶行为调控等复杂科学问题方面)与奥岑教授展开深入对话。
一、天然条件下蛋白质寡聚体相互作用的研究在帕金森病研究领域,奥岑教授实验室的核心科学问题之一是:为何特定蛋白质聚集体具有致病性?研究之后发现,大量不可溶性聚集体可能仅在细胞内堆积,而更小的可溶性寡聚体因流动性更强,其潜在致病性可能更高。
“聚集体在细胞内堆积时可呈现不可溶状态,此时它们体积较大且静止不动,基本不产生额外生物学效应。但这类蛋白质也可形成小型可溶性复合物,我们将其称为寡聚体。这类寡聚体移动速率快,且能与多种生物分子发生相互作用。”
此类研究在技术层面面临显著挑战,尤其是蛋白质寡聚体难以大量制备,且对实验条件极为敏感。
“实验室中虽可制备蛋白质寡聚体,但没办法实现规模化生产。因此,我们亟需一种适用于低浓度、小体积样本的分析技术,而 FIDA 在这一领域的性能无可替代。”
奥岑教授还强调,FIDA 技术可在溶液体系中直接做测量,无需对样本做固定化处理。
“我们需要在不干扰寡聚体天然状态的条件下开展研究——既不将其结合至固相表面,也不进行固定化操作……FIDA 技术在这一点上具有非常明显优势,它可使寡聚体保持在溶液状态,再与其他生物组分进行相互作用研究。(……)实验必须在严格的平衡条件下进行,而这些正是 FIDA 技术所能提供的核心保障。”
二、区分分子结合作用与功能效应奥岑教授指出,FIDA 技术已成为其研究领域的 “变革性工具”,尤其在解析寡聚体与膜结构或其他生物组分的结合机制方面发挥关键作用。
“借助 FIDA 技术,我们也可以精确测量并校正寡聚体与目标作用物结合的平衡亲和常数,所得结果具有高度可靠性。”
他进一步阐释了 FIDA 技术如何帮助区分 “分子结合作用” 与后续的 “功能效应”(如膜渗漏现象):
“我们已知蛋白质寡聚体可与膜结构结合并导致膜完整性破坏,进而引发膜内物质渗漏。但‘结合作用’与‘渗漏效应’是两个独立的生物学过程。通过 FIDA 技术,我们也可以直接检测寡聚体是否与膜结构发生结合——这一功能对机制研究至关重要。”
三、解析酶的组装机制与活性调控奥岑教授还将 FIDA 技术应用于酶学研究,探究酶的不同寡聚状态(单体、二聚体、四聚体)及其与酶活性的关联——不同寡聚状态的酶可能具有截然不同的催化活性。
“FIDA 技术的优势十分突出:它不仅能提供分子大小的精确信息,还可在极低浓度条件下开展实验,从而让我们阐明浓度怎么样影响蛋白质的寡聚化结合过程。”
这些关于分子大小的定量数据,为实验室建立 “酶浓度-酶行为” 关联模型提供了关键支撑,最终可揭示浓度调控对酶催化功能的影响机制。
四、复杂基质中的特异性相互作用检测奥岑教授强调的 FIDA 技术另一核心优势,是其在复杂生物样本(如细胞裂解液)中检测分子间相互作用的能力:
“研究人员只需对目标蛋白质进行荧光标记…… 随后将其与复杂混合物孵育,即可观察目标蛋白是否与混合物中的某一组分发生结合(……)由于混合物中的其他成分未进行荧光标记,因此在 FIDA 检测体系中它们处于‘不可见’状态。(……)我们已通过该方法证实,例如蛋白质寡聚体可与细胞裂解液中的多种组分结合——而细胞裂解液中可能包含数千种不同的生物分子。”
五、生物制剂的高效筛选FIDA 技术在大规模抗体筛选中也具备极其重大应用价值。奥岑教授介绍了实验室近期的一项研究:他们利用 FIDA 技术测试了 30 余种单克隆抗体与蛋白质寡聚体的相互作用。
“我们研究了 30 余种不同单克隆抗体与寡聚体的相互作用模式,并通过 FIDA 技术完成了所有相互作用的定量分析…… 整一个完整的过程无需消耗大量抗体或寡聚体样本,这完全得益于 FIDA 技术的高经济性。(……)我们还可在完全相同的实验条件下对这些抗体进行严格的横向比较。(……)这一优势对我们理解不同抗体的作用机制及进行效能排序具有决定性意义。”
奥岑教授认为 FIDA 技术具有广泛的应用潜力:“我相信,FIDA 技术完全有望成为制药行业中检测生物制剂与其靶点相互作用的标准分析技术。”
六、FIDA 技术在奥岑教授实验室中的独特价值当被问及 “若实验室失去FIDA技术,最遗憾的是什么” 时,奥岑教授着重强调了其检测结果的清晰性与可解释性:
“我特别认可 FIDA 技术的一点是,它能提供极易解读的检测结果——即第一性原理获得的流体动力学半径(Rh)。许多分析技术仅能提供间接检测信号,而 FIDA 技术的结果直观、易懂且可通过实验验证。”
他还指出了 FIDA 技术多种优势的协同性:可在平衡条件下工作、样本用量少、支持高通量实验。
“FIDA技术能够在平衡条件下运行,不仅成本低,还具备高通量(至少是中通量)实验能力……这些优势的结合为研究提供了极大便利(……)可提供分子水平的真实动态信息,这是 FIDA 技术独一无二的核心特征。”
七、未来研究方向:塑料降解与动力学分析奥岑教授实验室的下一个研究前沿是 “塑料降解酶” 领域。他计划利用 FIDA 技术研究酶与微塑料碎片的相互作用机制:首先将塑料降解为可悬浮的小颗粒,再通过 FIDA 技术实时监测这些颗粒的降解过程。
“我非常期待探索如何通过 FIDA 技术直接监测这些小塑料颗粒的解聚过程,或其粒径持续减小的动态变化。”
奥岑教授的访谈清晰展现了 FIDA 技术如何用于解答蛋白质聚集、酶功能调控、分子相互作用及治疗性制剂筛选等多个领域的科学问题。其无需固定化、可在平衡条件下工作、适用于低浓度样本的特性,加之能提供基于分子大小的直接定量结果,使其始终是该实验室开展前沿研究的关键技术工具。
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