Wu Enhui, Qiao Liang*
Roinn na Ceimigeachd, Oilthigh Fudan, Shanghai 200433, Sìona
Tha dlùth cheangal aig meanbh-fhàs-bheairtean ri galairean daonna agus slàinte. Tha mar a thuigeas tu co-dhèanamh choimhearsnachdan microbial agus na gnìomhan aca na phrìomh chuspair a dh’ fheumar a sgrùdadh gu h-èiginneach. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha metaproteomics air a thighinn gu bhith na dhòigh teicnigeach cudromach airson sgrùdadh a dhèanamh air co-dhèanamh agus gnìomh meanbh-fhàs-bheairtean. Ach, mar thoradh air iom-fhillteachd agus ioma-ghnèitheachd sampallan coimhearsnachd microbial, tha giullachd shampall, togail dàta mòr-speactrometry agus mion-sgrùdadh dàta air a thighinn gu bhith nan trì prìomh dhùbhlain a tha mu choinneamh metaproteomics an-dràsta. Ann an mion-sgrùdadh metaproteomics, gu tric feumar pretreatment de dhiofar sheòrsaichean de shamhlaichean a bharrachadh agus gabhail ri diofar sgeamaichean dealachaidh microbial, beairteachadh, às-tharraing agus lysis. Coltach ri proteome aon ghnè, tha na modhan togail dàta mòr-speactrometry ann am metaproteomics a’ toirt a-steach modh togail a tha an urra ri dàta (DDA) agus modh togail neo-eisimeileach dàta (DIA). Faodaidh modh togail dàta DIA fiosrachadh peptide an t-sampall a chruinneachadh gu tur agus tha comas leasachaidh mòr aige. Ach, air sgàth cho iom-fhillte ‘s a tha sampallan metaproteome, tha an sgrùdadh dàta DIA aige air a thighinn gu bhith na phrìomh dhuilgheadas a tha a’ cur bacadh air craoladh domhainn metaproteomics. A thaobh mion-sgrùdadh dàta, is e an ceum as cudromaiche togail stòr-dàta sreath pròtain. Tha meud agus iomlanachd an stòr-dàta chan ann a-mhàin a’ toirt buaidh mhòr air an àireamh de chomharraidhean, ach cuideachd a’ toirt buaidh air mion-sgrùdadh aig ìrean gnè agus gnìomh. Aig an àm seo, tha an inbhe òir airson togail stòr-dàta metaproteome na stòr-dàta sreath pròtain stèidhichte air an metagenome. Aig an aon àm, thathas cuideachd air dearbhadh gu bheil luach practaigeach làidir aig an dòigh sìolaidh stòr-dàta poblach stèidhichte air sgrùdadh ath-aithriseach. Bho shealladh ro-innleachdan mion-sgrùdadh dàta sònraichte, tha dòighean sgrùdaidh dàta DIA stèidhichte air peptide air a bhith ann am prìomh-shruth iomlan. Le leasachadh ionnsachadh domhainn agus inntleachd fuadain, brosnaichidh e gu mòr cruinneas, còmhdach agus astar anailis mion-sgrùdadh dàta macroproteomic. A thaobh mion-sgrùdadh bioinformatics sìos an abhainn, chaidh sreath de dh’ innealan notaichean a leasachadh anns na bliadhnachan mu dheireadh, as urrainn comharrachadh gnè a dhèanamh aig ìre pròtain, ìre peptide agus ìre gine gus co-dhèanamh choimhearsnachdan microbial fhaighinn. An coimeas ri modhan omics eile, tha mion-sgrùdadh gnìomh air coimhearsnachdan microbial na fheart sònraichte de macroproteomics. Tha Macroproteomics air a thighinn gu bhith na phàirt chudromach de sgrùdadh ioma-omics air coimhearsnachdan microbial, agus tha comas leasachaidh mòr aige fhathast a thaobh doimhneachd còmhdaich, cugallachd lorg, agus iomlanachd mion-sgrùdadh dàta.
01 Eisimpleir ro-làimh
Aig an àm seo, chaidh teicneòlas metaproteomics a chleachdadh gu farsaing ann an rannsachadh meanbh-chuileagan daonna, ùir, biadh, cuan, sloda gnìomhach agus raointean eile. An coimeas ri mion-sgrùdadh proteome de aon ghnè, tha barrachd dhùbhlain mu choinneimh sampall pretreatment de metaproteome de shamhlaichean iom-fhillte. Tha an riochdachadh microbial ann an sampallan fìor iom-fhillte, tha an raon fiùghantach de pailteas mòr, tha structar balla cealla diofar sheòrsaichean meanbh-fhàs-bheairtean gu math eadar-dhealaichte, agus gu tric bidh mòran de phròtainean aoigheachd agus neo-chunbhalachd anns na sampallan. Mar sin, ann an mion-sgrùdadh metaproteome, gu tric feumar diofar sheòrsaichean de shamhlaichean a bharrachadh agus gabhail ri diofar sgeamaichean dealachaidh microbial, beairteachadh, às-tharraing agus lysis.
Tha cuid de rudan coltach ri bhith a’ toirt a-mach metaproteomes microbial bho dhiofar shamhlaichean a bharrachd air cuid de dh’ eadar-dhealachaidhean, ach an-dràsta tha dìth pròiseas ro-ghiollachd aonaichte ann airson diofar sheòrsaichean de shamhlaichean metaproteome.
02 Togail dàta spectrometry tomad
Ann an mion-sgrùdadh proteome gunna-gunna, tha am measgachadh peptide às deidh pretreatment air a sgaradh an toiseach anns a ’cholbh chromatagrafach, agus an uairsin a’ dol a-steach don speactrometer mòr airson togail dàta às deidh ionization. Coltach ri mion-sgrùdadh proteome gnè singilte, tha na modhan togail dàta mòr-speactrometry ann am mion-sgrùdadh macroproteome a ’toirt a-steach modh DDA agus modh DIA.
Le ath-aithris leantainneach agus ùrachadh air ionnstramaidean mòr-speactrometry, tha ionnstramaidean mòr-speactrometry le mothachadh agus rùn nas àirde air an cur an sàs ann am metaproteome, agus tha doimhneachd còmhdaich mion-sgrùdadh metaproteome cuideachd air a leasachadh gu leantainneach. Airson ùine mhòr, chaidh sreath de dh’ ionnstramaidean speactrometry mòr-rùn le ceann Orbitrap a chleachdadh gu farsaing ann am metaproteome.
Tha Clàr 1 den teacsa thùsail a’ sealltainn cuid de sgrùdaidhean riochdachail air metaproteomics bho 2011 chun an latha an-diugh a thaobh seòrsa sampall, ro-innleachd anailis, ionnstramaid mòr-speactrometry, dòigh togail, bathar-bog anailis, agus àireamh aithneachaidh.
03 Mion-sgrùdadh dàta spectrometry tomad
3.1 Ro-innleachd mion-sgrùdadh dàta DDA
3.1.1 Rannsachadh Stòr-dàta
3.1.2an-diughro-innleachd sreathachaidh
3.2 Ro-innleachd mion-sgrùdadh dàta DIA
04 Seòrsachadh gnè agus comharrachadh gnìomh
Tha co-dhèanamh choimhearsnachdan microbial aig diofar ìrean tacsonomaigeach mar aon de na prìomh raointean rannsachaidh ann an rannsachadh meanbh-bhitheòlas. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh sreath de dh'innealan notaichean a leasachadh gus gnèithean a chomharrachadh aig ìre pròtain, ìre peptide, agus ìre gine gus co-dhèanamh choimhearsnachdan microbial fhaighinn.
Is e brìgh notaichean gnìomh coimeas a dhèanamh eadar an t-sreath pròtain targaid leis an stòr-dàta sreath pròtain gnìomh. A’ cleachdadh stòran-dàta gnìomh gine leithid GO, COG, KEGG, eggNOG, msaa, faodar diofar mhion-sgrùdaidhean gnìomh gnìomh a dhèanamh air pròtanan a tha air an comharrachadh le macroproteomes. Tha innealan notaichean a’ toirt a-steach Blast2GO, DAVID, KOBAS, msaa.
05 Geàrr-chunntas agus Ro-shealladh
Tha àite cudromach aig meanbh-fhàs-bheairtean ann an slàinte dhaoine agus galairean. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha metaproteomics air a thighinn gu bhith na dhòigh teignigeach cudromach airson sgrùdadh a dhèanamh air obair choimhearsnachdan microbial. Tha pròiseas anailis metaproteomics coltach ri pròiseas proteomics aon-ghnè, ach air sgàth cho iom-fhillte ‘s a tha cuspair rannsachaidh metaproteomics, feumar gabhail ri ro-innleachdan rannsachaidh sònraichte anns gach ceum sgrùdaidh, bho ro-làimhseachadh sampall, togail dàta gu mion-sgrùdadh dàta. Aig an àm seo, mar thoradh air leasachadh dhòighean pretreatment, ùr-ghnàthachadh leantainneach ann an teicneòlas mòr-speactrometry agus leasachadh luath air bioinformatics, tha metaproteomics air adhartas mòr a dhèanamh ann an doimhneachd aithneachaidh agus farsaingeachd tagraidh.
Ann am pròiseas ro-làimhseachadh sampallan macroproteome, feumar beachdachadh an toiseach air nàdar an t-sampall. Tha mar a thèid meanbh-fhàs-bheairtean a sgaradh bho cheallan àrainneachd agus pròtanan mar aon de na prìomh dhùbhlain a tha mu choinneamh macroproteomes, agus tha an cothromachadh eadar èifeachdas dealachaidh agus call microbial na dhuilgheadas èiginneach ri fhuasgladh. San dàrna h-àite, feumaidh toirt a-mach pròtain meanbh-fhàs-bheairtean aire a thoirt do na h-eadar-dhealachaidhean a tha air adhbhrachadh le heterogeneity structarail diofar bacteria. Feumaidh sampallan macroproteome anns an raon lorg dòighean sònraichte ro-làimhseachaidh.
A thaobh ionnstramaidean mòr-speactrometry, tha ionnstramaidean mòr-speactrometry air a dhol tro ghluasad bho mhòr-speactrometers stèidhichte air mòr-sgrùdairean Orbitrap leithid LTQ-Orbitrap agus Q Exactive gu mòr-speactrometers stèidhichte air gluasad ian còmhla ri sgrùdairean mòra ùine-itealaich leithid timsTOF Pro. . Anns an t-sreath ionnstramaidean timsTOF le fiosrachadh meud gluasaid ian tha cruinneas lorg àrd, crìoch lorgaidh ìosal, agus comas ath-aithris math. Mean air mhean tha iad air a thighinn gu bhith nan ionnstramaidean cudromach ann an grunn raointean rannsachaidh a dh’ fheumas lorg mòr-speactrometry, leithid proteome, metaproteome, agus metabolome de aon ghnè. Is fhiach a thoirt fa-near, airson ùine mhòr, gu bheil an raon fiùghantach de dh’ ionnstramaidean mòr-speactrometry air doimhneachd còmhdach pròtain rannsachadh metaproteome a chuingealachadh. Anns an àm ri teachd, faodaidh ionnstramaidean mòr-speactrometry le raon fiùghantach nas motha feabhas a thoirt air cugallachd agus cruinneas comharrachadh pròtain ann am metaproteomes.
Airson togail dàta mòr-speactrometry, ged a chaidh gabhail gu farsaing ri modh togail dàta DIA ann am proteome aon ghnè, tha a’ mhòr-chuid de mhion-sgrùdaidhean macroproteome gnàthach fhathast a’ cleachdadh modh togail dàta DDA. Faodaidh modh togail dàta DIA làn fhiosrachadh ion criomag an t-sampall fhaighinn, agus an taca ri modh togail dàta DDA, tha comas aige làn fhiosrachadh peptide den sampall macroproteome fhaighinn. Ach, air sgàth cho iom-fhillte ‘s a tha dàta DIA, tha duilgheadasan mòra fhathast aig mion-sgrùdadh dàta macroproteome DIA. Thathas an dùil gun leasaich leasachadh inntleachd fuadain agus ionnsachadh domhainn cruinneas agus iomlanachd mion-sgrùdadh dàta DIA.
Anns an anailis dàta air metaproteomics, is e aon de na prìomh cheumannan togail stòr-dàta sreath pròtain. Airson raointean rannsachaidh mòr-chòrdte leithid lusan intestinal, faodar stòran-dàta microbial intestinal leithid IGC agus HMP a chleachdadh, agus chaidh deagh thoraidhean aithneachaidh a choileanadh. Airson a’ mhòr-chuid de mhion-sgrùdaidhean metaproteomics eile, is e an ro-innleachd togail stòr-dàta as èifeachdaiche fhathast stòr-dàta sreath pròtain sampall sònraichte a stèidheachadh stèidhichte air dàta sreath metagenomic. Airson sampallan coimhearsnachd microbial le iom-fhillteachd àrd agus raon mòr fiùghantach, feumar an doimhneachd sreathachaidh a mheudachadh gus comharrachadh gnèithean le pailteas ìosal a mheudachadh, agus mar sin a’ leasachadh còmhdach stòr-dàta sreath pròtain. Nuair a tha dìth dàta ann an òrdugh, faodar dòigh sgrùdaidh ath-aithriseach a chleachdadh gus an stòr-dàta poblach a mheudachadh. Ach, dh’ fhaodadh sgrùdadh ath-aithriseach buaidh a thoirt air smachd càileachd FDR, agus mar sin feumar na toraidhean rannsachaidh a sgrùdadh gu faiceallach. A bharrachd air an sin, is fhiach sgrùdadh a dhèanamh fhathast air iomchaidheachd mhodalan smachd càileachd FDR traidiseanta ann am mion-sgrùdadh metaproteomics. A thaobh ro-innleachd sgrùdaidh, faodaidh an ro-innleachd leabharlann spectral hybrid doimhneachd còmhdaich metaproteomics DIA a leasachadh. Anns na beagan bhliadhnaichean a dh ’fhalbh, tha an leabharlann speurail ris a bheil dùil stèidhichte air ionnsachadh domhainn air coileanadh nas fheàrr a nochdadh ann am proteomics DIA. Ach, gu tric bidh milleanan de dh ’inntrigidhean pròtain ann an stòran-dàta metaproteome, a bheir gu buil sgèile mhòr de leabharlannan speurail ris a bheil dùil, a bhios ag ithe tòrr ghoireasan coimpiutaireachd, agus a’ leantainn gu àite sgrùdaidh mòr. A bharrachd air an sin, tha an aon rud eadar sreathan pròtain ann am metaproteomes ag atharrachadh gu mòr, ga dhèanamh duilich dèanamh cinnteach gu bheil modal ro-innse an leabharlainn speurail ceart, agus mar sin cha deach leabharlannan speactram ro-innse a chleachdadh gu farsaing ann am metaproteomics. A bharrachd air an sin, feumar ro-innleachdan co-dhùnadh pròtain agus seòrsachadh ùr a leasachadh gus a bhith a’ buntainn ri mion-sgrùdadh metaproteomics air pròtanan a tha fìor coltach ri sreath.
Ann an geàrr-chunntas, mar theicneòlas rannsachaidh microbiome a tha a’ tighinn am bàrr, tha teicneòlas metaproteomics air toraidhean rannsachaidh cudromach a choileanadh agus tha comas leasachaidh mòr aige cuideachd.
Ùine puist: Lùnastal-30-2024