Ву Энхуи, Чяо Лян *
Химия кафедрасы, Фудан университеты, Шанхай 200433, Китай
Микроорганизмнар кеше авырулары һәм сәламәтлек белән тыгыз бәйләнгән. Микробиаль җәмгыятьләрнең составын һәм аларның функцияләрен ничек аңларга, ашыгыч рәвештә өйрәнергә кирәк. Соңгы елларда метапротеомика микроорганизмнарның составын һәм функциясен өйрәнү өчен мөһим техник чарага әйләнде. Ләкин, микробиаль җәмгыять үрнәкләренең катлаулылыгы һәм югары гетерогенлыгы аркасында, үрнәк эшкәртү, масса спектрометрия мәгълүматларын алу һәм мәгълүмат анализы хәзерге вакытта метапротеомика алдында торган өч төп проблемага әйләнде. Метапротеомика анализында еш кына төрле типтагы үрнәкләрне оптимальләштерергә һәм төрле микробиаль аеру, баету, чыгару һәм лизис схемаларын кулланырга кирәк. Бер төрнең протеомына охшаган, метапротеомикада масса спектрометрия мәгълүмат алу режимы мәгълүматка бәйле (DDA) режимын һәм мәгълүматтан бәйсез алу (DIA) режимын үз эченә ала. DIA мәгълүмат туплау режимы пептид мәгълүматын тулысынча җыя ала һәм зур үсеш потенциалына ия. Ләкин, метапротеом үрнәкләренең катлаулылыгы аркасында, аның DIA мәгълүмат анализы метапротеомиканың тирән яктыртылуына комачаулый торган төп проблемага әйләнде. Мәгълүмат анализы ягыннан иң мөһим адым - протеин эзлеклелеге базасын төзү. Мәгълүматлар базасының зурлыгы һәм тулылыгы идентификация санына зур йогынты ясамый, төрләр һәм функциональ дәрәҗәләрдәге анализга да тәэсир итә. Хәзерге вакытта метапротом базасы төзү өчен алтын стандарт - метагеном нигезендә протеин эзлеклелеге базасы. Шул ук вакытта, iterative эзләүгә нигезләнгән җәмәгать мәгълүмат базасын фильтрлау ысулы да көчле практик кыйммәткә ия булуы исбатланды. Конкрет мәгълүмат анализлау стратегиясе күзлегеннән караганда, пептид-үзәк DIA мәгълүмат анализлау ысуллары абсолют төп агымны били. Тирән өйрәнү һәм ясалма интеллект үсеше белән, ул макропротеомик мәгълүмат анализының төгәллеген, яктыртуын һәм анализ тизлеген арттырачак. Агымдагы биоинформатика анализы ягыннан, соңгы елларда аннотация кораллары сериясе эшләнде, алар микробиаль җәмгыятьләр составын алу өчен протеин дәрәҗәсендә, пептид дәрәҗәсендә һәм ген дәрәҗәсендә аннотация ясый алалар. Башка омик ысуллар белән чагыштырганда, микробиаль җәмгыятьләргә функциональ анализ макропротеомиканың уникаль үзенчәлеге. Макропротеомика микробиаль җәмгыятьләрне анализлауның мөһим өлешенә әверелде, һәм каплау тирәнлеге, ачыклау сизгерлеге, мәгълүмат анализы тулылыгы ягыннан зур үсеш потенциалына ия.
01 ampleрнәк алдан әйтү
Хәзерге вакытта метапротеомика технологиясе кеше микробиомы, туфрак, азык, океан, актив балчык һәм башка өлкәләрне тикшерүдә киң кулланылган. Бер төрнең протеом анализы белән чагыштырганда, катлаулы үрнәкләрнең метапротеомасын алдан сайлау тагын да кыенлыклар белән очраша. Факттагы үрнәкләрдә микробиаль состав катлаулы, динамик муллык диапазоны зур, төрле микроорганизмнарның күзәнәк стенасы структурасы бик төрле, һәм үрнәкләрдә еш кына протеиннар һәм башка пычраклар бар. Шуңа күрә метапротеом анализында еш кына төрле төр үрнәкләрне оптимальләштерергә һәм төрле микробиаль аеру, баету, чыгару һәм лизис схемаларын кулланырга кирәк.
Төрле үрнәкләрдән микробиаль метапротеомнарны чыгаруның кайбер охшашлыклары һәм кайбер аермалары бар, ләкин хәзерге вакытта төрле метапротеом үрнәкләре өчен бердәм эшкәртү процессы җитми.
02Масс спектрометрия мәгълүматларын алу
Мылтык протеом анализында пептид катнашмасы алдан ук хроматографик баганада аерыла, аннары ионлашканнан соң мәгълүмат алу өчен масса спектрометрына керә. Бер төр протеом анализына охшаган, макропротом анализында масса спектрометрия мәгълүмат алу режимнары DDA режимын һәм DIA режимын үз эченә ала.
Масса спектрометрия коралларын өзлексез кабатлау һәм яңарту белән метапротеомага югары сизгерлек һәм резолюцияле масса спектрометрия кораллары кулланыла, һәм метапротеом анализының каплау тирәнлеге дә өзлексез яхшыра. Озак вакыт метапротеомда Орбитрап җитәкчелегендәге югары резолюцияле масса спектрометрия кораллары сериясе киң кулланыла.
Оригиналь текстның 1 таблицасында метапротеомика буенча 2011 елдан алып бүгенге көнгә кадәр үрнәк төре, анализ стратегиясе, масса спектрометрия коралы, алу ысулы, анализ программасы, идентификация саны буенча кайбер вәкиллекле тикшеренүләр күрсәтелгән.
03Масс спектрометрия мәгълүматларын анализлау
3.1 DDA мәгълүмат анализлау стратегиясе
3.1.1 Мәгълүматлар базасын эзләү
3.1.2de novoэзләү стратегиясе
3.2 DIA мәгълүмат анализлау стратегиясе
04 Төрләр классификациясе һәм функциональ аннотация
Төрле таксономик дәрәҗәдәге микробиаль җәмгыятьләрнең составы микробиом тикшеренүләренең төп юнәлешләренең берсе. Соңгы елларда микробиаль җәмгыятьләр составын алу өчен протеин дәрәҗәсендә, пептид дәрәҗәсендә һәм ген дәрәҗәсендә аннотацияләү кораллары сериясе эшләнде.
Функциональ аннотациянең асылы - максатлы протеин эзлеклелеген функциональ протеин эзлеклелеге базасы белән чагыштыру. GO, COG, KEGG, eggNOG һ.б. кебек ген функция базаларын кулланып, макропротомнар белән билгеләнгән протеиннарда төрле функциональ аннотация анализлары ясарга мөмкин. Аннотация коралларына Blast2GO, DAVID, KOBAS һ.б. керә.
05 Кыскача мәгълүмат һәм перспектива
Микроорганизмнар кеше сәламәтлегендә һәм авыруларында мөһим роль уйныйлар. Соңгы елларда метапротеомика микробиаль җәмгыятьләр функциясен өйрәнүнең мөһим техник чарасына әйләнде. Метапротеомиканың аналитик процессы бер төр протеомика процессына охшаган, ләкин метапротеомиканың тикшеренү объектының катлаулылыгы аркасында, һәр анализ адымында, алдан сайлау үрнәгеннән, мәгълүмат туплаудан алып, мәгълүмат анализына кадәр конкрет тикшеренү стратегиясе кабул ителергә тиеш. Хәзерге вакытта, алдан карау ысулларын камилләштерү, массакүләм спектрометрия технологияләренең өзлексез яңалыгы һәм биоинформатиканың тиз үсеше, метапротеомика идентификация тирәнлегендә һәм куллану өлкәсендә зур уңышларга иреште.
Макропротом үрнәкләрен алдан эшкәртү процессында, үрнәкнең табигате иң элек каралырга тиеш. Экологик күзәнәкләрдән һәм протеиннардан микроорганизмнарны ничек аерырга - макропротеомнар алдында торган төп проблемаларның берсе, һәм аеру эффективлыгы белән микробиаль югалту арасындагы баланс чишелергә тиешле актуаль проблема. Икенчедән, микроорганизмнарның протеин чыгару төрле бактерияләрнең структур гетерогенлыгы аркасында килеп чыккан аермаларны исәпкә алырга тиеш. Эз диапазонындагы макропротом үрнәкләре дә дәвалау алдыннан махсус ысуллар таләп итәләр.
Масса спектрометрия инструментлары ягыннан, төп масса спектрометрия кораллары LTQ-Orbitrap һәм Q Exactive кебек массакүләм спектрометрларга нигезләнгән массив спектрометрлардан timsTOF Pro кебек очыш масса анализаторларына күчә. . Ион хәрәкәтенең үлчәме булган инструментлар TimsTOF сериясе югары ачыклау төгәллегенә, түбән ачыклау лимитына һәм яхшы кабатлану мөмкинлегенә ия. Алар әкренләп төрле тикшеренү өлкәләрендә массакүләм спектрометрияне ачыклауны таләп итә торган мөһим коралларга әйләнделәр, мәсәлән, протеом, метапротеома һәм бер төрнең метаболомасы. Әйтергә кирәк, озак вакыт масса спектрометрия коралларының динамик диапазоны метапротеом тикшеренүләренең протеин каплау тирәнлеген чикләде. Киләчәктә массакүләм спектрометрия кораллары зуррак динамик диапазон белән метапротеомнарда белок идентификациясенең сизгерлеген һәм төгәллеген яхшырта ала.
Масса спектрометрия мәгълүматларын алу өчен, DIA мәгълүматларын алу режимы бер төрнең протеомында киң кабул ителсә дә, хәзерге макропротеом анализларының күбесе әле дә DDA мәгълүмат алу режимын куллана. DIA мәгълүмат туплау режимы үрнәкнең фрагмент ион мәгълүматын тулысынча ала ала, һәм DDA мәгълүмат алу режимы белән чагыштырганда, макропротом үрнәгенең пептид мәгълүматын тулысынча алу мөмкинлеге бар. Ләкин, DIA мәгълүматларының катлаулылыгы аркасында, DIA макропротеом мәгълүматларын анализлау әле дә зур кыенлыклар белән очраша. Ясалма интеллектны үстерү һәм тирәнтен өйрәнү DIA мәгълүмат анализының төгәллеген һәм тулылыгын яхшыртыр дип көтелә.
Метапротеомиканың мәгълүмат анализында төп адымнарның берсе - протеин эзлеклелеге базасын төзү. Эчәк флорасы кебек популяр тикшеренү өлкәләре өчен, IGC һәм HMP кебек эчәк микробиаль мәгълүмат базалары кулланылырга мөмкин, һәм яхшы идентификация нәтиҗәләренә ирешелде. Күпчелек метапротеомика анализлары өчен, мәгълүмат базасын төзүнең иң эффектив стратегиясе әле метагеномик эзлекле мәгълүматлар нигезендә махсус протеин эзлеклелеге базасын булдыру. Highгары катлаулылыгы һәм зур динамик диапазоны булган микробиаль җәмгыять үрнәкләре өчен аз муллык төрләрен ачыклауны арттыру өчен эзлеклелек тирәнлеген арттырырга кирәк, шуның белән протеин эзлеклелеге базасын каплауны яхшыртырга кирәк. Мәгълүматлар эзлекле булмаганда, җәмәгать базасын оптимальләштерү өчен iterative эзләү ысулы кулланылырга мөмкин. Ләкин, кабатлау эзләү FDR сыйфатын контрольдә тотарга мөмкин, шуңа күрә эзләү нәтиҗәләрен җентекләп тикшерергә кирәк. Моннан тыш, традицион FDR сыйфатын контрольдә тоту модельләренең метапротеомика анализында кулланылуы әле дә тикшерелергә тиеш. Эзләү стратегиясе ягыннан, гибрид спектраль китапханә стратегиясе DIA метапротеомикасының яктырту тирәнлеген яхшырта ала. Соңгы елларда, тирән өйрәнүгә нигезләнеп ясалган фаразланган спектраль китапханә DIA протеомикасында югары күрсәткеч күрсәтте. Ләкин, метапротеом мәгълүмат базаларында еш кына миллионлаган протеин язмалары бар, бу фаразланган спектраль китапханәләрнең зур масштабына китерә, күп исәпләү ресурсларын куллана һәм зур эзләү мәйданына китерә. Моннан тыш, метапротеомнардагы протеин эзлеклелеге арасында охшашлык төрлечә үзгәрә, спектраль китапханә фаразлау моделенең төгәллеген тәэмин итүне кыенлаштыра, шуңа күрә фаразланган спектраль китапханәләр метапротеомикада киң кулланылмады. Моннан тыш, яңа протеин инфраструктурасы һәм классификация аннотация стратегиясе эшләнергә тиеш, югары эзлеклелектәге протеиннарны метапротеомика анализына куллану өчен.
Йомгаклап әйткәндә, барлыкка килгән микробиом тикшеренү технологиясе буларак, метапротеомика технологиясе зур тикшеренү нәтиҗәләренә иреште, шулай ук зур үсеш потенциалына ия.
Пост вакыты: 30-2024 август