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宏修饰蛋白组学,科学发现的又一扇大门!

已有 336 次阅读 2021-8-3 14:11 |系统分类:科研笔记

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​近十年,宏蛋白组学研究为人们更好地了解微生物组的功能特征提供了数据支持。大量的研究发现阐述了微生物组和宿主之间的相互关系,收集微生物组数据将利于深度表型分析,促进药物发现,同时为药物研发提供思路。药物与微生物组间的复杂相互作用是精准医学关注的焦点。癌症、自身免疫性疾病、自闭症等疾病受肠道微生物组变化的影响,因此,肠道菌群的研究提高了人们对肿瘤、免疫、神经等多种疾病的认识,也开拓了以饮食补充、菌群移植等为基础恢复人体微生物群落的疾病治疗新方法。


病原体采用多种机制来干扰宿主翻译后修饰,影响其感染的关键功能。翻译后修饰(PTM)对调节蛋白质活性极其重要。宏修饰蛋白组在宿主-微生物相互作用中的潜在功能仍然不清楚。目前只有少量对宏蛋白PTM进行组学的研究,但是探索微生物的宏修饰蛋白组学有助于了解肠道菌群与宿主反应系统之间的关系,精准破译复杂微生物组的蛋白表达谱、修饰谱,了解肠道微生物组与多种疾病存在因果关系,有助于进一步建立疾病模型、发现药物靶标。除此之外,通过宏修饰蛋白组学还可以研究极端环境下的微生物类型及功能,对环境科学的研究及转化应用也有重大的意义。



宏修饰蛋白组学典型研究方向


01 肠道菌群调控疾病机制研究


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炎症性肠病包括克罗恩病和溃疡性结肠炎,是一种受临床、免疫、分子、遗传和微生物水平上混杂影响的慢性复杂疾病,病因和发病机制至今尚未完全明确。一直以来肠道微生物被认为与炎性肠病发病密切相关,一些研究甚至发现菌群移植能够作为炎性肠病治疗干预的新方法。

通过宏蛋白质组学和宏修饰蛋白组学多组学技术结合,研究者对克罗恩病患者的肠道菌群进行分析,揭示了疾病状态下乙酰化修饰组的改变。研究发现乙酰化修饰在人体肠道菌群的重要代谢途径中广泛存在,特别是在厚壁菌门中产生短链脂肪酸途径,该研究表明蛋白翻译后(PTMs)在功能性微生物组的研究中意义重大。

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02 人肠道微生物修饰蛋白组学图谱构建及相应微生物功能研究


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赖氨酸酰化修饰是一类重要的翻译后修饰,存在于真核生物和原核生物中,并调节多种细胞功能。由于缺乏针对复杂微生物群落的有效分析和生物信息学方法,我们对微生物组赖氨酸酰化修饰的了解仍然有限。

通过蛋白宏修饰组学技术,研究人员系统地分析了人类肠道微生物组样本的多种赖氨酸酰化修饰,包括>60,000种乙酰化、近20,000种丙酰化以及琥珀酰化的肽段。研究发现赖氨酸酰化修饰在人类肠道菌群中广泛存在,并且可能相互交叉,特别是在糖酵解代谢途径和SCFA的产生中。此外,大多数赖氨酸酰化肽段来自微生物群中的厚壁菌和拟杆菌,不同的赖氨酸酰化修饰水平在具有不同代谢能力的微生物物种中特异分布。宏修饰蛋白组学技术对微生物物种分布及功能研究价值显著。


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03 环境微生物与生态适应性研究


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蛋白质翻译后修饰在不同菌群的直系同源蛋白之间存在差异,且在微生物分类学和功能类别中分布不均。

研究者通过宏基因组学和宏修饰组学的多组学相结合,深入了解热液喷口微生物群落中的PTMs(包括乙酰化、脱氨基、羟基化、甲基化、亚硝基化、磷酸化)。研究发现,不同修饰类型在微生物分类和功能分类中呈不均匀分布,显示了修饰类型和特定功能之间的联系。表明深海中微生物的PTMs具有高度多样性和差异性,这对适应热液喷口的极端条件非常重要。宏修饰组学作为细菌适应环境研究的重要研究方法,探索深海微生物中的PTM图谱显得非常有意义。

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景杰生物率先推出基于质谱的宏修饰蛋白质组学,覆盖乙酰化、二羟基异丁酰化等十余种翻译后修饰类型,能够系统、深入地解析微生物组的蛋白质翻译后修饰全景,前瞻性地帮助破译“菌群-宿主-环境”之间复杂的互作机制。

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备注:

1)酰化类修饰组:包括乙酰化、2-羟基异丁酰化、琥珀酰化、巴豆酰化、3-羟基丁酰化等;

2)肠道内容物:由于不同动物其肠道内容中菌群含量存在差别,因此需要以实际提取情况为准;

3)活性淤泥:该类样本值具有丰富菌群的淤泥样本,不同于常规淤泥,常规淤泥需要翻倍送样;

4)其他样本:由于宏修饰组组学样本状态差异较大,部分样本无法准确预估,可提前咨询项目经理。


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参考文献:
[1] Xu Zhang, et al., 2020. Widespread protein lysine acetylation in gut microbiomeand its alterations in patients with Crohn’s disease. Nature Communications.
[2]  Xu Zhang, et al., 2021, Exploring the Microbiome-Wide Lysine Acetylation, Succinylation,and Propionylation in Human Gut Microbiota. Anal. Chem.
[3] Weipeng Zhang, et al., 2016, Post-translational modifications are enriched within protein functional groups important to bacterial adaptation within a deep-sea hydrothermal vent environment. Microbiome.



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