Ву Эньхуэй, Цяо Лян*
Химия факультети, Фудан университети, Шанхай 200433, Кытай
Микроорганизмдер адамдын оорулары жана ден соолугу менен тыгыз байланышта. Микробдук жамааттардын курамын жана алардын функцияларын кантип түшүнүү керек - бул тез арада изилдениши керек болгон негизги маселе. Акыркы жылдарда метапротеомика микроорганизмдердин составын жана функциясын изилдөөнүн маанилүү техникалык каражаты болуп калды. Бирок, микробдук жамааттын үлгүлөрүнүн татаалдыгына жана жогорку гетерогендүүлүгүнө байланыштуу, үлгүлөрдү иштетүү, масс-спектрометриялык маалыматтарды алуу жана маалыматтарды талдоо учурда метапротеомика туш болгон үч негизги көйгөй болуп калды. Метапротеомика анализинде көбүнчө үлгүлөрдүн ар кандай түрлөрүн алдын ала тазалоону оптималдаштыруу жана ар кандай микробдук бөлүү, байытуу, экстракциялоо жана лизис схемаларын кабыл алуу зарыл. Бир түрдүн протеомуна окшоп, метапротеомикада масс-спектрометриялык маалыматтарды алуу режимдерине маалыматтарга көз каранды алуу (DDA) режими жана маалыматтан көз карандысыз алуу (DIA) режими кирет. DIA маалыматтарды алуу режими үлгүдөгү пептиддик маалыматты толугу менен чогулта алат жана чоң өнүгүү потенциалына ээ. Бирок, метапротеомдун үлгүлөрүнүн татаалдыгынан улам, анын DIA маалыматтарын талдоо метапротеомиканын терең камтылышына тоскоол болгон негизги көйгөй болуп калды. Маалыматтарды талдоо жагынан эң маанилүү кадам - бул протеин ырааттуулугу базасын түзүү. Маалыматтар базасынын көлөмү жана толуктугу идентификациялардын санына гана чоң таасирин тийгизбестен, түр жана функционалдык деңгээлдеги анализге да таасирин тийгизет. Азыркы учурда, метапротеомдун маалымат базасын куруунун алтын стандарты метагеномдун негизинде белок ырааттуулугунун маалымат базасы болуп саналат. Ошол эле учурда, кайталанма издөөгө негизделген коомдук маалымат базасын чыпкалоо ыкмасы да күчтүү практикалык мааниге ээ экени далилденген. конкреттүү маалыматтарды талдоо стратегияларынын көз карашынан алганда, пептиддик борборлоштурулган DIA маалыматтарды талдоо ыкмалары абсолюттук негизги агымын ээлеген. Терең үйрөнүүнүн жана жасалма интеллекттин өнүгүшү менен ал макропротеомикалык маалыматтарды талдоо тактыгын, камтуулугун жана талдоо ылдамдыгын жогорулатат. Төмөнкү агымдагы биоинформатиканы талдоо жагынан акыркы жылдары микробдук жамааттардын курамын алуу үчүн протеин деңгээлинде, пептиддик деңгээлде жана ген деңгээлинде түр аннотациясын жүргүзө турган бир катар аннотация куралдары иштелип чыккан. Башка омика методдору менен салыштырганда микробдук жамааттардын функционалдык анализи макропротеомиканын уникалдуу өзгөчөлүгү болуп саналат. Макропротеомика микробдук жамааттардын мульти-омикалык анализинин маанилүү бөлүгү болуп калды жана дагы эле камтуу тереңдиги, аныктоо сезимталдыгы жана маалыматтарды талдоо толуктугу жагынан чоң өнүгүү потенциалына ээ.
01 Үлгү алдын ала дарылоо
Азыркы учурда метапротеомика технологиясы адамдын микробиомасын, топуракты, тамак-ашты, океанды, активдүү ылайларды жана башка тармактарды изилдөөдө кеңири колдонулат. Бир түрдүн протеомдук анализи менен салыштырганда, татаал үлгүлөрдүн метапротеомунун үлгүсүн алдын ала тазалоо дагы көп кыйынчылыктарга дуушар болот. Чыныгы үлгүлөрдөгү микробдук курамы татаал, молчулуктун динамикалык диапазону чоң, микроорганизмдердин ар кандай типтеринин клетка дубалынын түзүлүшү абдан ар түрдүү жана үлгүлөр көбүнчө көп сандагы кабыл алуучу протеиндерди жана башка аралашмаларды камтыйт. Ошондуктан, метапротеомду талдоодо көбүнчө үлгүлөрдүн ар кандай түрлөрүн оптималдаштыруу жана ар кандай микробдук бөлүү, байытуу, экстракция жана лизис схемаларын кабыл алуу зарыл.
Ар кандай үлгүлөрдөн микробдук метапротеомдорду алуу белгилүү окшоштуктарга жана айрым айырмачылыктарга ээ, бирок учурда метапротеомдун үлгүлөрүнүн ар кандай түрлөрү үчүн бирдиктүү алдын ала кайра иштетүү процесси жок.
02 Масс-спектрометриялык маалыматтарды алуу
Мылтыктын протеомдук анализинде алдын ала тазалоодон кийинки пептиддик аралашма адегенде хроматографиялык колонкада бөлүнөт, андан кийин иондоштуруудан кийин маалыматтарды алуу үчүн масс-спектрометрге кирет. Жалгыз түрдөгү протеомдун анализине окшош, макропротеомдун анализиндеги масс-спектрометрдик маалыматтарды алуу режимдерине DDA режими жана DIA режими кирет.
Масс-спектрометрдик приборлордун үзгүлтүксүз итерацияланышы жана жаңыланышы менен, сезгичтиги жана резолюциясы жогору болгон масс-спектрометрдик аспаптар метапротеомго колдонулат, ошондой эле метапротеомдун анализинин камтуу тереңдиги да тынымсыз жакшыртылып турат. Метапротеомдо узак убакыт бою Орбитрап башчылык кылган жогорку резолюциялуу масса-спектрометрдик приборлордун сериясы кецири колдонулуп келе жатат.
Түпнуска тексттин 1-таблицасында 2011-жылдан азыркы учурга чейинки метапротеомика боюнча айрым репрезентативдик изилдөөлөр үлгүнүн түрү, талдоо стратегиясы, масс-спектрометрдик аспап, алуу ыкмасы, анализдин программалык камсыздоосу жана идентификациялардын саны боюнча көрсөтүлгөн.
03 Масс-спектрометриялык маалыматтарды талдоо
3.1 DDA маалыматтарды талдоо стратегиясы
3.1.1 Маалыматтар базасын издөө
3.1.2de novoсеквенирлөө стратегиясы
3.2 ИИМдин маалыматтарын талдоо стратегиясы
04Түрлөрдүн классификациясы жана функционалдык аннотация
Ар кандай таксономиялык деңгээлдеги микробдук жамааттардын курамы микробиоманы изилдөөнүн негизги изилдөө багыттарынын бири болуп саналат. Акыркы жылдары микробдук жамааттардын курамын алуу үчүн протеин деңгээлинде, пептиддик деңгээлде жана ген деңгээлинде түрлөргө аннотациялоо үчүн бир катар аннотация куралдары иштелип чыкты.
Функционалдык аннотациянын маңызы максаттуу белок ырааттуулугун функционалдык белок ырааттуулугунун маалымат базасы менен салыштыруу болуп саналат. GO, COG, KEGG, eggNOG, ж.б. сыяктуу ген функциясынын маалымат базаларын колдонуу менен макропротеомдор тарабынан аныкталган белокторго ар кандай функциялык аннотация анализдерин жүргүзүүгө болот. Аннотация куралдарына Blast2GO, DAVID, KOBAS ж.
05 Жыйынтык жана болжол
Микроорганизмдер адамдын ден соолугуна жана ооруларына чоң роль ойнойт. Акыркы жылдары метапротеомика микробдук жамааттардын функциясын изилдөө үчүн маанилүү техникалык каражат болуп калды. Метапротеомиканын аналитикалык процесси бир түрлүү протеомикага окшош, бирок метапротеомиканын изилдөө объектисинин татаалдыгына байланыштуу ар бир талдоо кадамында үлгүнү алдын ала тазалоодон, маалыматтарды алуудан маалыматтарды талдоого чейин конкреттүү изилдөө стратегиялары кабыл алынышы керек. Учурда алдын ала тазалоо ыкмаларын өркүндөтүүнүн, масс-спектрометрия технологиясын тынымсыз инновациялоонун жана биоинформатиканын тез өнүгүшүнүн аркасында метапротеомика идентификациялык тереңдикте жана колдонуу чөйрөсүндө чоң ийгиликтерге жетишти.
Макропротеомдун үлгүлөрүн алдын ала тазалоо процессинде биринчи кезекте үлгүнүн табияты каралышы керек. Микроорганизмдерди айлана-чөйрөнүн клеткаларынан жана протеиндеринен кантип ажыратса болот, бул макропротеомалардын алдында турган негизги көйгөйлөрдүн бири жана бөлүү эффективдүүлүгү менен микробдук жоготуулардын ортосундагы тең салмактуулук чечиле турган актуалдуу маселе. Экинчиден, микроорганизмдердин белокту экстракциялоодо ар кандай бактериялардын структуралык гетерогендүүлүгүнөн келип чыккан айырмачылыктарды эске алуу керек. Из диапазонундагы макропротеом үлгүлөрү да алдын ала дарылоонун атайын ыкмаларын талап кылат.
Массалык-спектрометрдик аспаптар жагынан алганда, негизги масс-спектрометрия аспаптары LTQ-Orbitrap жана Q Exactive сыяктуу Orbitrap масса анализаторлорунун негизиндеги масс-спектрометрлерден timsTOF Pro сыяктуу учуу убактысынын иондук кыймылдуулугуна негизделген масс-спектрометрлерге өтүштү. . timsTOF сериясы иондук мобилдүүлүктүн өлчөмдүү маалыматы бар приборлор жогорку аныктоо тактыгына, аз аныктоо чегине жана жакшы кайталанууга ээ. Алар бара-бара бир түрдүн протеому, метапротеому жана метаболому сыяктуу масс-спектрометрияны аныктоону талап кылган ар кандай изилдөө тармактарында маанилүү инструменттерге айланган. Узак убакыт бою масс-спектрометрдик приборлордун динамикалык диапазону метапротеомдорду изилдөөнүн белок менен камтуу тереңдигин чектеп келгендигин белгилей кетүү керек. Келечекте чоңураак динамикалык диапазону бар масс-спектрометрдик приборлор метапротеомаларда белокту аныктоонун сезгичтигин жана тактыгын жакшыртышы мүмкүн.
Масс-спектрометриялык маалыматтарды алуу үчүн, DIA маалыматтарды алуу режими бир түрдүн протеомунда кеңири кабыл алынганына карабастан, учурдагы макропротеомдордун көпчүлүгү анализдер дагы эле DDA маалыматтарды алуу режимин колдонушат. DIA маалыматтарды алуу режими үлгүнүн фрагменти ион маалыматын толугу менен ала алат жана DDA маалыматтарды алуу режими менен салыштырганда, ал макропротеом үлгүсүнүн пептиддик маалыматын толук алуу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Бирок, DIA маалыматтарынын жогорку татаалдыгына байланыштуу, DIA макропротеом маалыматтарын талдоо дагы эле чоң кыйынчылыктарга дуушар болууда. Жасалма интеллектти жана терең үйрөнүүнү өнүктүрүү DIA маалыматтарынын талдоосунун тактыгын жана толуктугун жакшыртат деп күтүлүүдө.
Метапротеомиканын маалыматтарын талдоодо негизги кадамдардын бири белок ырааттуулугунун маалымат базасын куруу болуп саналат. Ичеги флорасы сыяктуу популярдуу изилдөө багыттары үчүн IGC жана HMP сыяктуу ичеги микробдук маалымат базалары колдонулушу мүмкүн жана идентификациянын жакшы натыйжаларына жетишилди. Көпчүлүк башка метапротеомика талдоолору үчүн эң эффективдүү маалымат базасын куруу стратегиясы дагы эле метагеномикалык секвенирлөө маалыматтарынын негизинде үлгүгө тиешелүү белок ырааттуулугунун маалымат базасын түзүү болуп саналат. Жогорку татаалдыгы жана чоң динамикалык диапазону бар микробдук жамааттын үлгүлөрү үчүн аз сандагы түрлөрдүн идентификациясын жогорулатуу үчүн секвенирлөө тереңдигин жогорулатуу керек, ошону менен протеин ырааттуулугу базасынын камтылышын жакшыртуу керек. Маалыматтар ырааттуулугу жок болгондо, жалпы маалымат базасын оптималдаштыруу үчүн кайталануучу издөө ыкмасын колдонсо болот. Бирок, кайталанма издөө FDR сапатын көзөмөлдөөгө таасир этиши мүмкүн, андыктан издөө натыйжалары кылдаттык менен текшерилиши керек. Мындан тышкары, FDR сапатты башкаруунун салттуу моделдеринин метапротеомика анализинде колдонулушу дагы деле изилдөөгө арзыйт. Издөө стратегиясы боюнча, гибриддик спектралдык китепкана стратегиясы DIA метапротеомикасынын камтуу тереңдигин жакшыртат. Акыркы жылдарда терең үйрөнүүнүн негизинде түзүлгөн болжолдонгон спектралдык китепкана DIA протеомикасында жогорку көрсөткүчтөрдү көрсөттү. Бирок, метапротеомдун маалымат базалары көбүнчө миллиондогон белок жазууларын камтыйт, бул болжолдонгон спектрдик китепканалардын чоң масштабына алып келет, көп эсептөө ресурстарын талап кылат жана чоң издөө мейкиндигине алып келет. Мындан тышкары, метапротеомдордогу белок тизмегинин ортосундагы окшоштук абдан ар түрдүү, бул спектралдык китепкананын болжолдоо моделинин тактыгын камсыз кылууну кыйындатат, ошондуктан болжолдонгон спектрдик китепканалар метапротеомикада кеңири колдонулган эмес. Мындан тышкары, жаңы белок корутундусу жана классификация аннотация стратегиялары абдан ырааттуулугу окшош протеиндердин метапротеомика анализине колдонуу үчүн иштелип чыгышы керек.
Кыскача айтканда, жаңы микробиоманы изилдөө технологиясы катары, метапротеомика технологиясы олуттуу изилдөө натыйжаларына жетишти, ошондой эле чоң өнүгүү потенциалына ээ.
Посттун убактысы: 30-август-2024