蛋白质是使细胞工作的小机器。一些可以保护细胞免受病毒和细菌的伤害，另一些可以将光转化为食物。蛋白质携带信息，分解化学物质，复制DNA，并赋予细胞它们的结构。
基本上，他们什么都做。每一种生物功能都是由蛋白质完成的，这就是为什么理解这些分子是如何工作的对于许多类型的研究都是至关重要的。
但科学家们只是最近才开始测量单细胞中的蛋白质，而现在，他们还没有足够灵敏的仪器来测量细胞中天然存在的蛋白质的轨迹或寿命。
相反，标准的做法是“取一大块组织，磨碎，然后分析这组细胞中所有蛋白质的平均值，”东北大学生物工程助理教授尼古拉·斯拉沃夫(Nikolai Slavov)说，他的研究重点是测量单细胞中的蛋白质，并记录蛋白质随时间的变化。这项研究得到了艾伦杰出研究者奖的支持，该奖是保罗·g·艾伦家族基金会的顾问保罗·g·艾伦前沿小组。
目前，测量蛋白质的标准过程掩盖了很多细节。“细胞失去个性,这是如何了解很多关于细胞的生理学、“Slavov说。“目前的方法是推断单细胞的运动轨迹，并依赖于推断。”
为了使这些测量更加精确，Slavov的实验室提出了一种方法，不仅可以测量单个细胞中的蛋白质，还可以追踪蛋白质随时间的变化。Slavov说他将使用150万美元的赠款从前沿集团进一步发展进步。
我们知道运动对皮肤有好处。这种蛋白质在老鼠身上模仿了一些抗衰老的效果。
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目前的仪器无法长期观察蛋白质功能的一个原因是，测量过程具有固有的破坏性。为了识别这些蛋白质，科学家必须将它们分解成更小的片段，要么是缩氨酸，要么是氨基酸，Slavov说。
虽然Slavov的方法仍然具有破坏性，但他的实验室已经开创了一种提取细胞历史信息的新方法。
“我喜欢称之为细胞的旅行见闻，”Slavov说。“它可以记住和编码过去各种蛋白质的信息，包括它们的周转情况，以及它们的功能。”
斯拉沃夫的团队创造了一种通过原子量识别蛋白质，然后跟踪其轨迹的方法——斯拉沃夫计划在拨款的帮助下进一步完善这种方法。它是这样工作的:氨基酸，蛋白质的最小组成部分，被注射到细胞中。这些氨基酸由不同类型的原子组成，这些原子被称为同位素，它们的原子量因中子的增加而不同。
添加的中子不会改变氨基酸的化学结构或它们将产生的蛋白质，但它们会改变原子量。增加的重量用于识别细胞中的蛋白质，并测量它们如何随时间变化。
“这是一个简化的例子,假设周二我们喂细胞氨基酸有具体的重量,然后周三我们饲料氨基酸细胞有不同的重量,和周四我们饲料细胞氨基酸与另一个重量,等等,”Slavov说。
他说:“当我们最终测量并分解细胞时，我们就知道哪些蛋白质是在哪一天合成的，因为它们有一定的重量，这取决于它们使用的是哪种氨基酸。”
确定蛋白质是何时形成的很重要，因为它能让科学家观察到蛋白质是如何随时间变化的。例如，当涉及到细胞分化时，这就是最大的问题之一。
当细胞接收到邻近细胞的信息时，它们就会分化成特殊的细胞，如心脏细胞、肺细胞、脑细胞等等。
“我们可以利用这项技术研究的一个问题是:这些信号是什么?”Slavov说。“如果我们知道了这些信息，我们就能控制细胞的命运。”
研究重大生物医学问题的研究者，比如免疫系统是如何工作的，或者记忆是如何形成的，会发现这些技术是无价的。“但是这些问题不能用现有的方法回答，”Slavov说。“为了进一步推进我们的研究，我们需要开发工具。”
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