Wu Enhui, Qiao Liang*
Roinn na Ceimice, Ollscoil Fudan, Shanghai 200433, an tSín
Tá dlúthbhaint ag miocrorgánaigh le galair agus sláinte an duine. Is ceist mhór é conas comhdhéanamh na bpobal miocróbach agus a bhfeidhmeanna a thuiscint nach mór staidéar a dhéanamh go práinneach. Le blianta beaga anuas, tá meiteapróitéamaíocht ina mhodh teicniúil tábhachtach chun staidéar a dhéanamh ar chomhdhéanamh agus ar fheidhm na miocrorgánach. Mar sin féin, mar gheall ar chastacht agus ilchineálacht ard samplaí pobail mhiocróbacha, tá próiseáil samplaí, fáil sonraí mais-speictriméadrachta agus anailís sonraí ar na trí mhórdhúshlán atá roimh mheitipróitéamaíocht faoi láthair. In anailís mheitiproteomics, is minic is gá réamhchóireáil cineálacha éagsúla samplaí a bharrfheabhsú agus scéimeanna éagsúla um scaradh miocróbach, saibhriú, eastóscadh agus lysis a ghlacadh. Cosúil le próitéamaí speicis aonair, áirítear leis na modhanna sealbhaithe sonraí mais-speictriméadrachta i meitephróitéamaíocht modh fála sonraí-spleách (DDA) agus modh fála sonraí-neamhspleách (DIA). Is féidir leis an modh fála sonraí DIA faisnéis peptide an tsampla a bhailiú go hiomlán agus tá cumas forbartha iontach aige. Mar sin féin, mar gheall ar chastacht na samplaí metaproteome, tá a chuid anailíse sonraí DIA tagtha chun bheith ina fhadhb mhór a chuireann bac ar chlúdach domhain na meitiproteomics. Ó thaobh anailíse sonraí, is é an chéim is tábhachtaí ná bunachar sonraí seicheamh próitéin a thógáil. Ní hamháin go mbíonn tionchar mór ag méid agus iomláine an bhunachair sonraí ar líon na sainaitheanta, ach bíonn tionchar acu freisin ar an anailís ar na leibhéil speicis agus feidhmiúla. Faoi láthair, is bunachar sonraí seicheamh próitéine é an caighdeán óir le haghaidh tógáil bunachar sonraí metaproteome bunaithe ar an metagenome. Ag an am céanna, tá sé cruthaithe freisin go bhfuil luach láidir praiticiúil ag an modh scagtha bunachar sonraí poiblí atá bunaithe ar chuardach atriallach. Ó thaobh straitéisí sonracha anailíse sonraí, tá modhanna anailíse sonraí DIA peptide-lárnach tar éis príomhshrutha iomlán a áitiú. Le forbairt na foghlama domhain agus na hintleachta saorga, cuirfidh sé chun cinn go mór cruinneas, clúdach agus luas anailíse anailíse sonraí macraproteomic. Maidir le hanailís bithfhaisnéisíochta iartheachtacha, forbraíodh sraith uirlisí anótála le blianta beaga anuas, ar féidir leo anótáil speiceas a dhéanamh ar leibhéal próitéine, leibhéal peptide agus leibhéal géine chun comhdhéanamh na bpobal miocróbach a fháil. I gcomparáid le modhanna omics eile, is gné uathúil de mhacrapróitéamaíocht anailís fheidhmiúil na bpobal miocróbach. Tá macroproteomics anois ina chuid thábhachtach d'anailís il-omics ar phobail mhiocróbacha, agus tá acmhainneacht forbartha iontach aige fós i dtéarmaí doimhneacht clúdaigh, íogaireacht braite, agus iomláine anailíse sonraí.
01 Réamhchóireáil samplach
Faoi láthair, baineadh úsáid fhorleathan as teicneolaíocht meiteaproteomics i dtaighde micribhithóim daonna, ithir, bia, aigéan, sloda gníomhach agus réimsí eile. I gcomparáid leis an anailís proteome ar speiceas amháin, tá dúshláin níos mó le sárú ag réamhchóireáil meiteaproteome samplaí casta. Tá an comhdhéanamh miocróbach i samplaí iarbhír casta, tá an raon dinimiciúil raidhse mór, tá struchtúr balla cille cineálacha éagsúla microorganisms an-difriúil, agus is minic go bhfuil líon mór próitéiní óstach agus neamhíonachtaí eile sna samplaí. Dá bhrí sin, san anailís ar metaproteome, is minic is gá cineálacha éagsúla samplaí a bharrfheabhsú agus scéimeanna éagsúla deighilte, saibhrithe, eastóscadh agus lysis miocróbach a ghlacadh.
Tá cosúlachtaí áirithe ag baint le heastóscadh meiteapróitéamaí miocróbacha ó shamplaí éagsúla chomh maith le roinnt difríochtaí, ach faoi láthair tá easpa próiseas aontaithe réamhphróiseála le haghaidh cineálacha éagsúla samplaí metaproteome.
02Mais-speictriméadracht sonraí a fháil
In anailís proteome gunna gráin, déantar an meascán peptide tar éis pretreatment a scaradh den chéad uair sa cholún crómatagrafaíochta, agus ansin téann sé isteach sa mais-speictriméadar chun sonraí a fháil tar éis ianaithe. Cosúil le hanailís proteome speiceas aonair, áirítear leis na modhanna sealbhaithe sonraí mais-speictriméadrachta san anailís macroproteome modh DDA agus modh DIA.
Le atriall agus nuashonrú leanúnach ionstraimí mais-speictriméadrachta, cuirtear ionstraimí mais-speictriméadrachta le híogaireacht agus réiteach níos airde i bhfeidhm ar mheiteaproteome, agus feabhsaítear go leanúnach doimhneacht clúdaigh na hanailíse metaproteome. Ar feadh i bhfad, tá sraith ionstraimí mais-speictriméadrachta ardtaifigh faoi cheannas Orbitrap in úsáid go forleathan i metaproteome.
Léiríonn Tábla 1 den bhuntéacs roinnt staidéir ionadaíocha ar mheitipróitéamaíocht ó 2011 go dtí an lá inniu i dtéarmaí cineál an tsampla, straitéis anailíse, ionstraim mais-speictriméadrachta, modh fála, bogearraí anailíse, agus líon na sainaitheanta.
03 Anailís ar shonraí mais-speictriméadrachta
3.1 Straitéis anailíse sonraí DDA
3.1.1 Cuardach Bunachar Sonraí
3.1.2de novostraitéis seicheamhaithe
3.2 Straitéis anailíse sonraí DIA
04Aicmiú speiceas agus anótáil fheidhmiúil
Tá comhdhéanamh na bpobal miocróbach ag leibhéil tacsanomaíoch éagsúla ar cheann de na príomhréimsí taighde i dtaighde micribhithóim. Le blianta beaga anuas, forbraíodh sraith uirlisí anótála chun anótáil a dhéanamh ar speicis ag an leibhéal próitéine, an leibhéal peptide, agus an leibhéal géine chun comhdhéanamh pobail mhiocróbach a fháil.
Is é croílár anótála feidhme ná an seicheamh sprice próitéine a chur i gcomparáid leis an mbunachar sonraí seicheamh próitéine feidhme. Ag baint úsáide as bunachair shonraí feidhm ghéine mar GO, COG, KEGG, eggNOG, etc., is féidir anailísí feidhmiúla éagsúla anótála a dhéanamh ar phróitéiní a shainaithnítear le macrapróitéamaí. I measc na n-uirlisí anótála tá Blast2GO, DAVID, KOBAS, etc.
05Achoimre agus Outlook
Tá ról tábhachtach ag miocrorgánaigh i sláinte agus galair an duine. Le blianta beaga anuas, tá meiteapróitéamaíocht ina mhodh teicniúil tábhachtach chun staidéar a dhéanamh ar fheidhm na bpobal miocróbach. Tá próiseas anailíse na meitephróitéamaice cosúil le próiseas próitéamaíocht aonspeicis, ach mar gheall ar chastacht ábhar taighde na meiteapróitéamaíochta, ní mór straitéisí sonracha taighde a ghlacadh i ngach céim anailíse, ó réamhchóireáil samplach, éadáil sonraí go hanailís sonraí. Faoi láthair, a bhuíochas le feabhas a chur ar mhodhanna pretreatment, nuálaíocht leanúnach na teicneolaíochta mais-speictriméadrachta agus forbairt go mear ar bhithfhaisnéisíocht, tá dul chun cinn mór déanta ag metaproteomics maidir le doimhneacht aitheantais agus raon feidhme an iarratais.
Sa phróiseas réamhchóireála ar shamplaí macraproteome, ní mór nádúr an tsampla a mheas ar dtús. Is é an chaoi le miocrorgánaigh a scaradh ó chealla agus próitéiní comhshaoil ar cheann de na príomhdhúshláin atá os comhair macroproteomes, agus is fadhb phráinneach é an t-iarmhéid idir éifeachtúlacht idirscartha agus caillteanas miocróbach a réiteach. Ar an dara dul síos, ní mór d'eastóscadh próitéin miocrorgánaigh na difríochtaí de bharr ilchineálacht struchtúrach baictéir éagsúla a chur san áireamh. Teastaíonn modhanna sonracha réamhchóireála freisin le samplaí macroproteome sa raon rian.
Maidir le hionstraimí mais-speictriméadrachta, tá aistriú déanta ar ionstraimí mais-speictriméadrachta príomhshrutha ó mais-speictriméadar bunaithe ar anailíseoirí mais Orbitrap mar LTQ-Orbitrap agus Q Exactive go mais-speictriméadar bunaithe ar shoghluaisteacht ian anailíseoirí mais-ama eitilte mar timsTOF Pro. . Tá cruinneas braite ard, teorainn braite íseal, agus atrialltacht maith ag sraith ionstraimí timsTOF le faisnéis gné soghluaisteachta ian. De réir a chéile tháinig siad ina n-ionstraimí tábhachtacha i réimsí taighde éagsúla a éilíonn mais-speictriméadracht a bhrath, mar shampla próitéamaí, meiteapróitéamaí, agus meitibilít speiceas amháin. Is fiú a thabhairt faoi deara, le fada an lá, go bhfuil raon dinimiciúil ionstraimí mais-speictriméadrachta teoranta ag doimhneacht clúdach próitéine taighde metaproteome. Sa todhchaí, is féidir le hionstraimí mais-speictriméadrachta le raon dinimiciúil níos mó feabhas a chur ar íogaireacht agus cruinneas aitheantais próitéine i metaproteomes.
Maidir le sealbhú sonraí mais-speictriméadrachta, cé go bhfuil glactha go forleathan leis an modh fála sonraí DIA i proteome aon speiceas amháin, baineann formhór na n-anailísí macraproteome reatha úsáid as modh fála sonraí DDA fós. Is féidir leis an modh fála sonraí DIA faisnéis ian blúirí an tsampla a fháil go hiomlán, agus i gcomparáid leis an modh fála sonraí DDA, tá an cumas aige faisnéis peptide an tsampla macraproteome a fháil go hiomlán. Mar sin féin, mar gheall ar chastacht ard sonraí DIA, tá deacrachtaí móra fós le sárú san anailís ar shonraí macroproteome DIA. Táthar ag súil go bhfeabhsóidh forbairt na hintleachta saorga agus na foghlama domhain cruinneas agus iomláine anailíse sonraí DIA.
San anailís sonraí ar mheitipróitéamaíocht, is é ceann de na príomhchéimeanna ná tógáil bunachar sonraí seicheamh próitéine. I gcás réimsí taighde tóir ar nós flóra intestinal, is féidir bunachair shonraí mhiocróbacha intestinal mar IGC agus HMP a úsáid, agus tá torthaí maith aitheantais bainte amach. I gcás fhormhór na n-anailísí meitiproteomic eile, is í an straitéis tógála bunachar sonraí is éifeachtaí fós ná bunachar sonraí seicheamh próitéine sampla-shonrach a bhunú bunaithe ar shonraí seicheamhaithe meitigenómacha. I gcás samplaí pobail mhiocróbacha a bhfuil ard-chastacht agus raon dinimiciúil mór acu, is gá an doimhneacht seicheamhaithe a mhéadú chun sainaithint speiceas íseal-raidhse a mhéadú, rud a fheabhsóidh clúdach an bhunachar sonraí seicheamh próitéine. Nuair a bhíonn easnamh ar shonraí seicheamhaithe, is féidir modh cuardaigh atriallach a úsáid chun an bunachar sonraí poiblí a bharrfheabhsú. Mar sin féin, féadfaidh cuardach atriallach cur isteach ar rialú cáilíochta FDR, mar sin ní mór na torthaí cuardaigh a sheiceáil go cúramach. Ina theannta sin, is fiú iniúchadh a dhéanamh fós ar infheidhmeacht mhúnlaí rialaithe cáilíochta traidisiúnta FDR in anailís mheitiproteomic. I dtéarmaí straitéis chuardaigh, is féidir leis an straitéis leabharlainne speictreach hibrideach feabhas a chur ar dhoimhneacht clúdaigh meitiproteomics DIA. Le blianta beaga anuas, léirigh an leabharlann speictreach tuartha a ghintear bunaithe ar fhoghlaim dhomhain feidhmíocht níos fearr i bpróitéamaíocht DIA. Mar sin féin, is minic go mbíonn na milliúin iontrálacha próitéine i mbunachair sonraí meiteaproteome, rud a fhágann go mbíonn leabharlanna speictreach réamh-mheasta ar scála mór, go n-ídíonn sé go leor acmhainní ríomhaireachta, agus go mbíonn spás cuardaigh mór mar thoradh air. Ina theannta sin, athraíonn an chosúlacht idir seichimh próitéine i meitiproteomes go mór, rud a fhágann go bhfuil sé deacair cruinneas an mhúnla tuar leabharlainne speictreach a chinntiú, agus mar sin níor úsáideadh leabharlanna speictreach tuartha go forleathan i meitiproteomics. Ina theannta sin, ní mór straitéisí nua tátail próitéine agus anótála aicmithe a fhorbairt chun iad a chur i bhfeidhm maidir le hanailís meiteapróitéamaíochta ar phróitéiní atá an-seicheamhach.
Go hachomair, mar theicneolaíocht taighde micribhithóim atá ag teacht chun cinn, tá torthaí suntasacha taighde bainte amach ag teicneolaíocht metaproteomics agus tá cumas forbartha ollmhór aige freisin.
Am postála: Lúnasa-30-2024