Wu Enhui, Qiao Liang*
Ẹka ti Kemistri, Fudan University, Shanghai 200433, China
Awọn microorganisms ni ibatan pẹkipẹki si awọn arun ati ilera eniyan. Bii o ṣe le loye akojọpọ awọn agbegbe makirobia ati awọn iṣẹ wọn jẹ ọran pataki ti o nilo lati ṣe iwadi ni iyara. Ni awọn ọdun aipẹ, metaproteomics ti di ọna imọ-ẹrọ pataki lati ṣe iwadi akojọpọ ati iṣẹ ti awọn microorganisms. Sibẹsibẹ, nitori idiju ati ilopọ giga ti awọn ayẹwo agbegbe makirobia, ṣiṣe ayẹwo, gbigba data spectrometry pupọ ati itupalẹ data ti di awọn italaya pataki mẹta ti o dojukọ lọwọlọwọ nipasẹ metaproteomics. Ninu itupalẹ metaproteomics, o jẹ pataki nigbagbogbo lati mu iṣapeye ti awọn oriṣi awọn ayẹwo ti o yatọ ati gba iyatọ microbial ti o yatọ, imudara, isediwon ati awọn ero lysis. Iru si proteome ti ẹda ẹyọkan, awọn ipo gbigba data spectrometry pupọ ni metaproteomics pẹlu ipo gbigba-igbẹkẹle data (DDA) ati ipo gbigba ominira data (DIA). Ipo imudani data DIA le gba alaye peptide ti ayẹwo ni kikun ati pe o ni agbara idagbasoke nla. Sibẹsibẹ, nitori idiju ti awọn ayẹwo metaproteome, itupalẹ data DIA rẹ ti di iṣoro nla ti o ṣe idiwọ agbegbe ti o jinlẹ ti metaproteomics. Ni awọn ofin ti itupalẹ data, igbesẹ ti o ṣe pataki julọ ni kikọ ipilẹ data ilana ilana amuaradagba. Iwọn ati aṣepari ti database ko nikan ni ipa nla lori nọmba awọn idanimọ, ṣugbọn tun ni ipa lori itupalẹ ni awọn eya ati awọn ipele iṣẹ. Ni lọwọlọwọ, boṣewa goolu fun kikọ ipilẹ data metaproteome jẹ ipilẹ data ilana amuaradagba ti o da lori metagenome. Ni akoko kanna, ọna sisẹ data ita gbangba ti o da lori wiwa aṣetunṣe tun ti jẹri lati ni iye ilowo to lagbara. Lati iwoye ti awọn ilana itupalẹ data kan pato, awọn ọna itupalẹ data DIA ti o dojukọ peptide ti gba ojulowo ojulowo. Pẹlu idagbasoke ti ẹkọ ti o jinlẹ ati oye itetisi atọwọda, yoo ṣe igbega pupọ si deede, agbegbe ati iyara itupalẹ ti itupalẹ data macroproteomic. Ni awọn ofin ti iṣiro bioinformatics isalẹ, lẹsẹsẹ awọn irinṣẹ asọye ti ni idagbasoke ni awọn ọdun aipẹ, eyiti o le ṣe asọye eya ni ipele amuaradagba, ipele peptide ati ipele jiini lati gba akojọpọ awọn agbegbe microbial. Ti a ṣe afiwe pẹlu awọn ọna omics miiran, itupalẹ iṣẹ ṣiṣe ti awọn agbegbe microbial jẹ ẹya alailẹgbẹ ti macroproteomics. Macroproteomics ti di apakan pataki ti itupalẹ olona-omics ti awọn agbegbe makirobia, ati pe o tun ni agbara idagbasoke nla ni awọn ofin ti ijinle agbegbe, ifamọ wiwa, ati pipe itupalẹ data.
01 Ayẹwo pretreatment
Ni lọwọlọwọ, imọ-ẹrọ metaproteomics ti ni lilo pupọ ni iwadii microbiome eniyan, ile, ounjẹ, okun, sludge ti nṣiṣe lọwọ ati awọn aaye miiran. Ti a ṣe afiwe pẹlu itupalẹ proteome ti ẹda kan, iṣaju iṣaju iṣapejuwe ti metaproteome ti awọn ayẹwo idiju dojukọ awọn italaya diẹ sii. Ohun elo makirobia ni awọn ayẹwo gangan jẹ eka, iwọn agbara ti opo jẹ nla, ọna odi sẹẹli ti awọn oriṣiriṣi awọn microorganisms yatọ pupọ, ati pe awọn apẹẹrẹ nigbagbogbo ni iye nla ti awọn ọlọjẹ ogun ati awọn impurities miiran. Nitorinaa, ninu itupalẹ ti metaproteome, o jẹ pataki nigbagbogbo lati mu awọn oriṣi awọn ayẹwo lọpọlọpọ ati gba iyatọ microbial ti o yatọ, imudara, isediwon ati awọn ero lysis.
Iyọkuro ti awọn metaproteomes microbial lati awọn apẹẹrẹ oriṣiriṣi ni awọn afijq kan bi daradara bi diẹ ninu awọn iyatọ, ṣugbọn lọwọlọwọ aini ilana ilana iṣaju iṣaju ti iṣọkan fun awọn oriṣi awọn ayẹwo metaproteome.
02Mass spectrometry data akomora
Ninu itupalẹ proteome ibọn kekere, apopọ peptide lẹhin itọju iṣaaju ti pin ni akọkọ ni iwe chromatographic, ati lẹhinna wọ inu iwoye ti o pọju fun gbigba data lẹhin ionization. Iru si itupalẹ proteome eya ẹyọkan, awọn ipo gbigba data spectrometry pupọ ni itupalẹ macroproteome pẹlu ipo DDA ati ipo DIA.
Pẹlu aṣetunṣe lilọsiwaju ati imudojuiwọn ti awọn ohun elo spectrometry pupọ, awọn ohun elo spectrometry pupọ pẹlu ifamọ giga ati ipinnu ni a lo si metaproteome, ati ijinle agbegbe ti itupalẹ metaproteome tun ni ilọsiwaju nigbagbogbo. Fun igba pipẹ, lẹsẹsẹ awọn ohun elo spectrometry ibi-giga ti o jẹ olori nipasẹ Orbitrap ti jẹ lilo pupọ ni metaproteome.
Tabili 1 ti ọrọ atilẹba fihan diẹ ninu awọn ijinlẹ aṣoju lori metaproteomics lati 2011 si lọwọlọwọ ni awọn ofin ti iru apẹẹrẹ, ilana itupalẹ, ohun elo spectrometry pupọ, ọna imudani, sọfitiwia itupalẹ, ati nọmba awọn idanimọ.
03 Mass spectrometry data onínọmbà
3.1 DDA data onínọmbà nwon.Mirza
3.1.1 aaye data Search
3.1.2de novolesese nwon.Mirza
3.2 DIA data onínọmbà nwon.Mirza
04 Awọn ẹya iyasọtọ ati alaye iṣẹ-ṣiṣe
Iṣakojọpọ ti awọn agbegbe makirobia ni awọn ipele taxonomic oriṣiriṣi jẹ ọkan ninu awọn agbegbe iwadii bọtini ni iwadii microbiome. Ni awọn ọdun aipẹ, lẹsẹsẹ awọn irinṣẹ asọye ti ni idagbasoke lati ṣe alaye awọn eya ni ipele amuaradagba, ipele peptide, ati ipele jiini lati gba akojọpọ awọn agbegbe microbial.
Ohun pataki ti asọye iṣẹ-ṣiṣe ni lati ṣe afiwe ọna-afẹde amuaradagba ibi-afẹde pẹlu ibi ipamọ data itọsẹ amuaradagba iṣẹ. Lilo awọn apoti isura infomesonu iṣẹ jiini gẹgẹbi GO, COG, KEGG, eggNOG, ati bẹbẹ lọ, awọn itupalẹ itupale iṣẹ ṣiṣe ti o yatọ le ṣee ṣe lori awọn ọlọjẹ ti a mọ nipasẹ awọn macroproteomes. Awọn irinṣẹ asọye pẹlu Blast2GO, DAVID, KOBAS, ati bẹbẹ lọ.
05Lakotan ati Outlook
Awọn microorganisms ṣe ipa pataki ninu ilera eniyan ati arun. Ni awọn ọdun aipẹ, metaproteomics ti di ọna imọ-ẹrọ pataki lati ṣe iwadi iṣẹ ti awọn agbegbe makirobia. Ilana atupale ti awọn metaproteomics jẹ iru si ti awọn ẹyọkan-ẹya proteomics, ṣugbọn nitori idiju ti nkan iwadii ti metaproteomics, awọn ilana iwadii kan pato nilo lati gba ni igbesẹ itupalẹ kọọkan, lati iṣaju iṣaju apẹẹrẹ, gbigba data si itupalẹ data. Ni lọwọlọwọ, o ṣeun si ilọsiwaju ti awọn ọna iṣaaju, isọdọtun ilọsiwaju ti imọ-ẹrọ spectrometry pupọ ati idagbasoke iyara ti bioinformatics, metaproteomics ti ni ilọsiwaju nla ni ijinle idanimọ ati ipari ohun elo.
Ninu ilana ti iṣaju-itọju ti awọn ayẹwo macroproteome, iru apẹẹrẹ gbọdọ jẹ akọkọ ni akọkọ. Bii o ṣe le ya awọn microorganisms kuro lati awọn sẹẹli ayika ati awọn ọlọjẹ jẹ ọkan ninu awọn italaya bọtini ti nkọju si awọn macroproteomes, ati iwọntunwọnsi laarin ṣiṣe ipinya ati pipadanu makirobia jẹ iṣoro iyara lati yanju. Ni ẹẹkeji, isediwon amuaradagba ti awọn microorganisms gbọdọ ṣe akiyesi awọn iyatọ ti o ṣẹlẹ nipasẹ ilopọ igbekale ti awọn kokoro arun oriṣiriṣi. Awọn ayẹwo Macroproteome ni ibiti itọpa tun nilo awọn ọna itọju iṣaaju kan pato.
Ni awọn ofin ti awọn ohun elo spectrometry pupọ, awọn ohun elo spectrometry ibi-nla ti akọkọ ti ṣe iyipada lati awọn iwọn spectrometers ti o da lori awọn itupale ibi-ori Orbitrap gẹgẹbi LTQ-Orbitrap ati Q Exactive si awọn spectrometers ti o da lori iṣipopada ion papọ awọn olutupalẹ ọpọlọpọ akoko-ti-flight gẹgẹbi timsTOF Pro . Awọn jara timsTOF ti awọn ohun elo pẹlu alaye iwọn arinbo ion ni deede wiwa giga, opin wiwa kekere, ati atunwi to dara. Wọn ti di awọn ohun elo pataki ni ọpọlọpọ awọn aaye iwadii ti o nilo wiwa spectrometry pupọ, gẹgẹbi proteome, metaproteome, ati metabolome ti ẹda kan. O tọ lati ṣe akiyesi pe fun igba pipẹ, iwọn agbara ti awọn ohun elo spectrometry pupọ ti ni opin ijinle agbegbe amuaradagba ti iwadii metaproteome. Ni ọjọ iwaju, awọn ohun elo spectrometry pupọ pẹlu iwọn agbara ti o tobi le mu ifamọ ati deede ti idanimọ amuaradagba ni awọn metaproteomes.
Fun gbigba data spectrometry pupọ, botilẹjẹpe ipo imudara data DIA ti gba lọpọlọpọ ni proteome ti ẹda kan, pupọ julọ awọn itupalẹ macroproteome lọwọlọwọ tun lo ipo imudara data DDA. Ipo gbigba data DIA le ni kikun gba alaye ion ajẹkù ti apẹẹrẹ, ati ni akawe pẹlu ipo imudara data DDA, o ni agbara lati gba alaye peptide ni kikun ti apẹẹrẹ macroproteome. Sibẹsibẹ, nitori iloju giga ti data DIA, itupalẹ ti data macroproteome DIA tun n dojukọ awọn iṣoro nla. Idagbasoke itetisi atọwọda ati ẹkọ ti o jinlẹ ni a nireti lati ni ilọsiwaju deede ati pipe ti itupalẹ data DIA.
Ninu itupalẹ data ti metaproteomics, ọkan ninu awọn igbesẹ bọtini ni kikọ data data lẹsẹsẹ. Fun awọn agbegbe iwadii ti o gbajumọ gẹgẹbi ododo inu ifun, awọn apoti isura data microbial ifun bi IGC ati HMP le ṣee lo, ati pe awọn abajade idanimọ ti o dara ti ṣaṣeyọri. Fun pupọ julọ awọn itupalẹ metaproteomics miiran, ilana iṣelọpọ data ti o munadoko julọ jẹ ṣi lati fi idi ipilẹ-ipamọ kan pato ti amuaradagba ti o da lori data itọsẹ metagenomic. Fun awọn ayẹwo agbegbe makirobia pẹlu idiju giga ati sakani agbara nla, o jẹ dandan lati mu ijinle itọsẹ pọ si lati mu idanimọ ti awọn eya lọpọlọpọ-kekere, nitorinaa imudarasi agbegbe ti data data lẹsẹsẹ amuaradagba. Nigbati data tito lẹsẹsẹ ko si, ọna wiwa aṣetunṣe le ṣee lo lati mu data data ti gbogbo eniyan jẹ. Sibẹsibẹ, wiwa aṣetunṣe le ni ipa lori iṣakoso didara FDR, nitorinaa awọn abajade wiwa nilo lati ṣayẹwo ni pẹkipẹki. Ni afikun, iwulo ti awọn awoṣe iṣakoso didara FDR ibile ni itupalẹ metaproteomics tun tọsi lati ṣawari. Ni awọn ofin ti ilana wiwa, ilana ile ikawe arabara le mu ilọsiwaju ijinle agbegbe ti awọn metaproteomics DIA. Ni awọn ọdun aipẹ, ile-ikawe iwoye ti asọtẹlẹ ti ipilẹṣẹ ti o da lori ẹkọ ti o jinlẹ ti ṣe afihan iṣẹ ṣiṣe giga julọ ni awọn ọlọjẹ DIA. Bibẹẹkọ, awọn apoti isura infomesonu metaproteome nigbagbogbo ni awọn miliọnu awọn titẹ sii amuaradagba ninu, eyiti o jẹ abajade ni iwọn nla ti awọn ile-ikawe alaworan ti asọtẹlẹ, n gba ọpọlọpọ awọn orisun iširo, ati awọn abajade ni aaye wiwa nla kan. Ni afikun, ibajọra laarin awọn ilana amuaradagba ni metaproteomes yatọ pupọ, ti o jẹ ki o nira lati rii daju pe deede ti awoṣe asọtẹlẹ ile-ikawe spectral, nitorinaa awọn ile-ikawe iwoye ti asọtẹlẹ ko ti lo ni lilo pupọ ni metaproteomics. Ni afikun, itọka amuaradagba tuntun ati awọn ilana asọye isọdi nilo lati ni idagbasoke lati kan si itupalẹ metaproteomics ti awọn ọlọjẹ ti o jọra ti o ga julọ.
Ni akojọpọ, gẹgẹbi imọ-ẹrọ iwadii microbiome ti n yọ jade, imọ-ẹrọ metaproteomics ti ṣaṣeyọri awọn abajade iwadii pataki ati tun ni agbara idagbasoke nla.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹjọ-30-2024