董梦秋：技术与学科深度交融 质谱培育生物学硕果

    仪器信息网讯 近年来，随着质谱技术的发展，从最早的无机质谱到现在有机、生物、医学质谱广泛应用，质谱从一个前沿的科研仪器设备越来越多的参与到我们日常的生活当中。以往，各类质谱学术交流活动虽然很多，但多集中于学科内部交流，不同领域之间的交流较少。所以，需要一个统一的质谱学术会议来聚合各领域的质谱同仁，相互交流合作，共同推动中国质谱的发展。

    为此，由中国质谱学会（中国物理学会质谱分会）、中国化学会质谱分析专业委员会和中国仪器仪表学会分析仪器分会质谱仪器专业委员会联合主办的新一届的“2018年中国质谱学术大会”将于2018年11月23-26日在广州市举办。本次大会，作为三大学会第一次联合举办的质谱大会，标志着中国质谱发展迈入新时代。

    在大会举办前夕，仪器信息网特别采访了北京生命科学研究所董梦秋研究员，请她谈谈质谱技术在结构生物学研究中的应用以及运用信息化的手段提高质谱数据的解析能力。

北京生命科学研究所董梦秋研究员

化学交联质谱 解开结构生物学难题

    质谱技术，是现代科学中应用范围最广的分析技术之一，几乎每天都会有关于质谱的新方法、新应用诞生。一直以来质谱技术就是用来鉴定蛋白质种类、蛋白质组成的强有力工具，随着技术发展，质谱也开始用于探究蛋白质结构和动态，在结构生物学领域的重要性愈发凸显。

    传统结构生物学主要是通过物理的手段，包括X-射线、核磁共振、电镜等，来确定生物大分子的三级结构，以及生物大分子如何组装成更大的复合体（四级结构），从而探讨生物大分子或其复合体的工作原理。董梦秋介绍说，现在结构生物学研究的蛋白质复合体越来越大，种类、状态越来越多，即使有强大的电镜和晶体学手段也不一定能看清所有的关键性的结构细节、状态间的差异。另外，建立结构模型往往需要先确定组成亚基的化学计量比。这些需求带动了交联质谱、native MS和氢氘交换等技术的应用和发展。“看看结构文章的作者名单就知道，很多都有质谱专家的身影。”

    化学交联质谱（CXMS），主要通过在蛋白质样品中添加化学交联试剂，使蛋白质中两个氨基酸发生交联反应，通过酶切获得多种多样的交联肽段。由于交联反应的发生需要满足交联试剂的特异性以及空间距离的要求，因此，获得的交联位点对信息为结构计算提供了距离约束，可以帮助判断蛋白质或蛋白质复合体的结构。

    董梦秋表示，她的团队一直致力于化学交联质谱相关研究工作，开发出了一整套基于高分辨质谱的化学交联肽段的分析方法，并把它拓展到蛋白质二硫键以及蛋白质溶液构象的动态分析上。同时，她的团队也积极与人合作，不断地将这种最新的蛋白质结构分析方法应有于具体的生物学研究当中。为了满足实际应用中遇到的各种需求，董梦秋实验室还与计算机软件设计团队以及有机合成实验室通力合作，不断完善化学交联多肽的质谱鉴定软件和开发新型化学交联剂，相关成果多次发表在Nature Methods等顶级期刊。

跨界合作 提高质谱数据的解析水平

    pLink，是董梦秋团队与中科院计算机所贺思敏教授领导的pFind团队合作开发的交联质谱鉴定软件。董梦秋介绍说,在这款软件的开发中，她的团队主要负责前端和后端的工作。前端主要是确立质谱分析方法和构建用来训练软件的标准数据集，后端主要是在一轮又一轮复杂度不断增加的测试中找出可能存在的问题，协助提升软件性能、拓展适用范围。两个团队深入交流合作，反复优化软件。“最开始肯定需要人来提炼总结出初步的特征，所以要求对相关的研究特别熟悉，包括最基本的分析、碎片离子代表的肽段类型等。在有一定的积累后，再与编写软件的人分享相关的规律。然后他们以此为基础，进行大规模的统计分析，判断人眼看到的特征是否成立、还有没有其它特征、、出现的频率、在软件中如何使用，等等。”

    董梦秋表示，pLink软件的目的是成为探索性研究的有力工具，帮助研究人员更准确高效地鉴定交联肽段。所以它需要一个标准数据集，需要大量的已知答案的谱图，去找寻规律并进行软件测试。他们的团队采集了大量的合成肽段的交联质谱数据，将其中的一部分用于训练软件，其余部分用于测试软件的速度和准确度，有多少错判漏判等等。董梦秋也表示，从单一蛋白到蛋白质复合体，再到经过初步纯化甚至未经纯化的蛋白样品，复杂程度不断提升，对软件的要求也在不断提高。除了分析化学水平上的验证，还需要得到生物学层面上的验证。得到有生物学意义的结果是终极目标。

    pLink软件的开发，需要两个团队密切的合作。在刚开始合作的时候，两个团队每个月都要一起开会，针对软件的使用程度、需求等进行交流。直到现在，pFind团队每周都有学生过来交流，还经常对上游实验设计提出很有价值的建议。pLink软件从发表之日起，一直有免费下载，供大家使用。今年年初pFind团队推出了升级版pLink2 （http://pfind.ict.ac.cn/software/plink/），三个季度内已有628个用户注册下载，极受欢迎。

学术“减负” 开启中国质谱新时代

    董梦秋的课题组有两个研究方向，除了质谱技术以外，还做很多衰老生物学方向的研究。她表示，质谱技术是个工具，它要服务的对象是生物、化学、物理、医学等学科，质谱的发展也不能脱离这些学科。把 “用户学科”的需求放在首位，尽力帮助它们解决问题，质谱技术自然就获得了发展的推动力；而质谱技术不断发展，也必然带动化学、物理、工程和计算科学等相关领域的研究不断推进，形成一个正循环。她认为，质谱技术影响力的提升，一句话总结来说就是：“努力使自己更加有用，服务于他人；越有用，越重要，越有影响。”

    对于本次中国质谱大会，董梦秋表示，物理学会和化学学会的质谱会议合二为一，诞生2018年中国质谱学术大会，开启了学术交流“瘦身健体”的新时代。当前科研人员会议负担过重，以至于有人感叹“不是在开会，就是在去开会的路上，”没有足够的时间沉静下来做科研。学术会议太多，表面上看热热闹闹一片繁荣，实则干扰到正常工作。中国科研就像一个青春期的孩子，快速成长，但也有虚胖的成分。瘦身健体，减负前行，更有利于发展。

    为了支持中国质谱的发展，董梦秋认为把实验室的技术分享给其他人也是非常重要的。她表示，作为今年8月第五届中国计算蛋白质组学研讨会(CNCP-2018)的一部分，实验室跟pFind 团队一起举办了第二届交联质谱分析实验培训，用三天的时间手把手培训了来自来全国各地的十位学员。他们自己动手制样、上机、分析数据，完整体验每一个环节。把经验都分享出去，效果很好。另外，中科院大连化物所许国旺老师的实验室10月份举办代谢组学高级培训班，也给大家提供了很好的学习机会。

    在采访的最后，董梦秋也表示，预祝2018年中国质谱学术大会圆满成功! 为中国质谱新时代、新风尚点赞！向幕后的促成者、组织者致敬！