Wu Enhui, Kiao Liang *
Himiýa bölümi, Fudan uniwersiteti, Şanhaý 200433, Hytaý
Mikroorganizmler adam keselleri we saglyk bilen ýakyndan baglanyşyklydyr. Mikrob jemgyýetleriniň düzümine we olaryň funksiýalaryna nädip düşünmeli, gyssagly öwrenilmeli esasy mesele. Soňky ýyllarda metaproteomika mikroorganizmleriň düzümini we işleýşini öwrenmek üçin möhüm tehniki serişdä öwrüldi. Şeýle-de bolsa, mikrob jemgyýetleriniň nusgalarynyň çylşyrymlylygy we ýokary birmeňzeşligi sebäpli, nusgalary gaýtadan işlemek, köpçülikleýin spektrometri maglumatlary almak we maglumatlary derňemek häzirki wagtda metaproteomikanyň ýüzbe-ýüz bolýan üç esasy kynçylygy boldy. Metaproteomika derňewinde köplenç dürli görnüşli nusgalaryň öňüni almagy optimallaşdyrmak we dürli mikroblary bölmek, baýlaşdyrmak, çykarmak we liz shemalaryny kabul etmek zerurdyr. Specieseke-täk görnüşiň proteomyna meňzeşlikde, metaproteomikada köpçülikleýin spektrometri maglumatlary almagyň usullary maglumatlara garaşly (DDA) we maglumatlary garaşsyz satyn almak (DIA) re includeimini öz içine alýar. DIA maglumatlary almak tertibi nusganyň peptid maglumatlaryny doly ýygnap biler we uly ösüş potensialyna eýe. Şeýle-de bolsa, metaproteome nusgalarynyň çylşyrymlylygy sebäpli, onuň DIA maglumatlary derňewi metaproteomikanyň çuňňur örtülmegine päsgel berýän esasy meselä öwrüldi. Maglumatlaryň derňewi nukdaýnazaryndan iň möhüm ädim, belok yzygiderliliginiň maglumatlar binýadyny döretmekdir. Maglumat bazasynyň göwrümi we dolulygy diňe bir şahsyýetnamalaryň sanyna uly täsir etmän, eýsem görnüşleriň we işleýiş derejeleriniň derňewine hem täsir edýär. Häzirki wagtda metaproteome maglumatlar binýadyny gurmak üçin altyn standart, metagenoma esaslanýan belok yzygiderliligi bazasydyr. Şol bir wagtyň özünde, iteratiw gözleg esasynda köpçülige açyk maglumatlar binýadyny süzmek usuly hem güýçli amaly ähmiýete eýe boldy. Aýry-aýry maglumatlar derňew strategiýalarynyň nukdaýnazaryndan, peptid merkezli DIA maglumatlary seljermek usullary mutlak esasy ugry eýeledi. Çuňňur öwrenmegiň we emeli intellektiň ösmegi bilen, makroproteomiki maglumatlaryň derňewiniň takyklygyny, örtügini we derňew tizligini ep-esli ýokarlandyrar. Aşakdaky bioinformatika derňewi nukdaýnazaryndan, soňky ýyllarda mikrob jemgyýetleriniň düzümini almak üçin belok derejesinde, peptid derejesinde we gen derejesinde görnüş belliklerini ýerine ýetirip bilýän birnäçe düşündiriş gurallary işlenip düzüldi. Beýleki omics usullary bilen deňeşdirilende, mikrob jemgyýetleriniň funksional derňewi makroproteomikanyň özboluşly aýratynlygydyr. Makroproteomika mikrob jemgyýetleriniň köp omiki derňewiniň möhüm bölegine öwrüldi we gurşawyň çuňlugy, ýüze çykaryş duýgurlygy we maglumatlaryň derňewi taýdan henizem uly ösüş potensialyna eýe.
01 Mysal üçin öňünden duýduryş
Häzirki wagtda metaproteomika tehnologiýasy adam mikrobiomyny, topragy, iýmit, umman, işjeň palçyk we beýleki ugurlary öwrenmekde giňden ulanyldy. Specieseke-täk görnüşiň proteome seljermesi bilen deňeşdirilende, çylşyrymly nusgalaryň metaproteomynyň öňünden alynmagy has köp kynçylyklara sezewar bolýar. Hakyky nusgalarda mikrob düzümi çylşyrymly, bolçulygyň dinamiki diapazony uly, dürli görnüşli mikroorganizmleriň öýjük diwar gurluşy gaty tapawutlanýar we nusgalarda köplenç köp mukdarda belok we beýleki hapalar bar. Şonuň üçin metaproteomyň derňewinde köplenç dürli görnüşli nusgalary optimizirlemek we dürli mikroblary bölmek, baýlaşdyrmak, çykarmak we liz shemalaryny kabul etmek zerurdyr.
Dürli nusgalardan mikrob metaproteomlarynyň çykarylmagy käbir meňzeşliklere we käbir tapawutlara eýedir, ýöne häzirki wagtda dürli görnüşli metaproteome nusgalary üçin deslapky gaýtadan işlemek prosesi ýok.
02Mass spektrometri maglumatlary almak
Tüpeň proteome derňewinde, öňünden taýýarlanylandan soň peptid garyndysy ilki hromatografiki sütünde bölünýär we ionlaşandan soň maglumat almak üçin köpçülik spektrometrine girýär. Specieseke görnüşli proteome derňewine meňzeş ýaly, makroproteom derňewinde köpçülikleýin spektrometri maglumatlary almak usullary DDA re andimini we DIA re modeimini öz içine alýar.
Köpçülikleýin spektrometriýa gurallarynyň üznüksiz gaýtalanmagy we täzelenmegi bilen metaproteoma has duýgurlygy we çözgüdi bolan köpçülik spektrometri gurallary ulanylýar we metaproteome derňewiniň gurşaw çuňlugy hem yzygiderli gowulaşýar. Uzak wagt bäri “Orbitrap” -yň ýolbaşçylygyndaky ýokary çözgütli köpçülik spektrometri gurallary metaproteomda giňden ulanylýar.
Asyl tekstiň 1-nji tablisasynda 2011-nji ýyldan şu güne çenli metaproteomika boýunça nusga görnüşi, derňew strategiýasy, köpçülikleýin spektrometriýa guraly, satyn alyş usuly, derňew programma üpjünçiligi we kesgitleýiş sany boýunça käbir wekilçilikli gözlegler görkezilýär.
03Mass spektrometri maglumatlary derňewi
3.1 DDA maglumatlary derňew strategiýasy
3.1.1 Maglumatlar bazasynyň gözlegi
3.1.2de novoyzygiderlilik strategiýasy
3.2 DIA maglumatlary derňew strategiýasy
04 Görnüşleriň klassifikasiýasy we funksional düşündiriş
Dürli taksonomiki derejedäki mikrob jemgyýetleriniň düzümi, mikrobiome gözlegleriniň esasy ugurlaryndan biridir. Soňky ýyllarda mikrob jemgyýetleriniň düzümini almak üçin belok derejesinde, peptid derejesinde we gen derejesinde düşündiriş bermek üçin bir topar düşündiriş gurallary işlenip düzüldi.
Funksional düşündirişiň düýp manysy, belok yzygiderliligini funksional belok yzygiderliligi bazasy bilen deňeşdirmekdir. GO, COG, KEGG, eggNOG we ş.m. ýaly gen funksiýalarynyň maglumat bazalaryny ulanyp, makroproteomlar bilen kesgitlenen beloklarda dürli funksional düşündiriş analizleri geçirilip bilner. Annotasiýa gurallaryna Blast2GO, DAVID, KOBAS we ş.m.
05 Gysgaça mazmun we dünýägaraýyş
Mikroorganizmler adamyň saglygynda we kesellerinde möhüm rol oýnaýar. Soňky ýyllarda metaproteomika mikrob jemgyýetleriniň işini öwrenmek üçin möhüm tehniki serişdä öwrüldi. Metaproteomikanyň seljeriş prosesi bir görnüşli proteomiklere meňzeýär, ýöne metaproteomikanyň gözleg obýektiniň çylşyrymlylygy sebäpli, her seljeriş ädiminde, deslapky synagdan, maglumatlary toplamakdan başlap, maglumatlar derňewine çenli anyk gözleg strategiýalary kabul edilmeli. Häzirki wagtda öňüni alyş usullarynyň kämilleşdirilmegi, köpçülikleýin spektrometri tehnologiýasynyň üznüksiz täzelenmegi we bioinformatikanyň çalt ösmegi netijesinde metaproteomika kesgitlemek çuňlugynda we ulanylyş çäginde uly ösüş gazandy.
Makroproteome nusgalaryny öňünden bejermek işinde ilki bilen nusganyň tebigatyna üns berilmelidir. Mikroorganizmleri daşky gurşaw öýjüklerinden we beloklardan nädip aýyrmaly, makroproteomlaryň öňünde durýan esasy kynçylyklaryň biridir we aýralyk netijeliligi bilen mikrob ýitgileriniň arasyndaky deňagramlylyk çözülmeli derwaýys mesele. Ikinjiden, mikroorganizmleriň belok çykarylyşy dürli bakteriýalaryň gurluş taýdan birmeňzeşligi sebäpli ýüze çykýan tapawutlary göz öňünde tutmalydyr. Yz aralygyndaky makroproteome nusgalary bejergiden öňki usullary hem talap edýär.
Köpçülikleýin spektrometriýa gurallary nukdaýnazaryndan, esasy köpçülik spektrometri gurallary LTQ-Orbitrap we Q Exactive ýaly Orbitrap köpçülik analizatorlary esasynda köpçülikleýin spektrometrlerden timsTOF Pro ýaly uçuş wagty köpçülikleýin analizatorlara geçdi. . Ion hereketi ölçegli maglumaty bolan “TimsTOF” gurallar tapgyry ýokary kesgitleýiş takyklygyna, pes kesgitleme çägine we gowy gaýtalanmagyna eýe. Olar kem-kemden bir görnüşiň proteome, metaproteoma we metabolomasy ýaly köpçülikleýin spektrometri tapmagy talap edýän dürli gözleg ugurlarynda möhüm gurallara öwrüldi. Uzak wagtlap köpçülikleýin spektrometriýa gurallarynyň dinamiki diapazonynyň metaproteome gözlegleriniň belok örtüginiň çuňlugyny çäklendirendigini bellemelidiris. Geljekde has uly dinamiki diapazonly köpçülikleýin spektrometriýa gurallary metaproteomalarda belogy kesgitlemegiň duýgurlygyny we takyklygyny ýokarlandyryp biler.
Köpçülikleýin spektrometri maglumatlary almak üçin, bir görnüşiň proteomynda DIA maglumatlary almak tertibi giňden kabul edilen hem bolsa, häzirki makroproteom derňewleriniň köpüsi henizem DDA maglumatlary almak tertibini ulanýar. DIA maglumatlary almak tertibi nusganyň bölek ion maglumatlaryny doly alyp biler we DDA maglumatlary alma tertibi bilen deňeşdirilende, makroproteome nusgasynyň peptid maglumatyny doly almak mümkinçiligine eýe. Şeýle-de bolsa, DIA maglumatlarynyň çylşyrymlylygy sebäpli, DIA makroproteome maglumatlarynyň derňewi henizem uly kynçylyklar bilen ýüzbe-ýüz bolýar. Emeli intellektiň we çuňňur öwrenmegiň ösüşi, DIA maglumat derňewiniň takyklygyny we dolulygyny ýokarlandyrar diýlip garaşylýar.
Metaproteomikanyň maglumatlar derňewinde esasy ädimleriň biri belok yzygiderliliginiň maglumatlar binýadyny döretmekdir. Içege florasy ýaly meşhur gözleg ugurlary üçin IGC we HMP ýaly içege mikrob maglumatlar bazalary ulanylyp bilner we gowy kesgitlemek netijeleri gazanyldy. Beýleki metaproteomika derňewleriniň köpüsi üçin maglumatlar binýadyny gurmagyň iň täsirli strategiýasy, metagenomiki yzygiderlilik maglumatlaryna esaslanýan belok yzygiderliligi maglumatlar bazasyny döretmekdir. Highokary çylşyrymly we uly dinamiki diapazony bolan mikrob jemgyýetleriniň nusgalary üçin az mukdarda görnüşleriň kesgitlenmegini ýokarlandyrmak üçin yzygiderlilik çuňlugyny ýokarlandyrmaly, şeýlelik bilen belok yzygiderliliginiň maglumatlar bazasynyň gurşawyny gowulandyrmaly. Maglumatlaryň yzygiderliligi ýetmezçilik edende, köpçülikleýin maglumat bazasyny optimizirlemek üçin gaýtalama gözleg usuly ulanylyp bilner. Şeýle-de bolsa, gaýtalama gözleg FDR hiline gözegçilik edip biler, şonuň üçin gözleg netijeleri ünsli barlanmalydyr. Mundan başga-da, adaty FDR hiline gözegçilik modelleriniň metaproteomika derňewinde ulanylyşy henizem öwrenilmelidir. Gözleg strategiýasy nukdaýnazaryndan gibrid spektral kitaphananyň strategiýasy DIA metaproteomikasynyň gurşaw çuňlugyny gowulandyryp biler. Soňky ýyllarda çuňňur öwrenmegiň esasynda döredilen çak edilýän spektral kitaphana DIA proteomikasynda has ýokary öndürijilik görkezdi. Şeýle-de bolsa, metaproteome maglumat bazalarynda köplenç millionlarça belok ýazgylary bar, bu çak edilýän spektral kitaphanalaryň köpüsine sebäp bolýar, köp hasaplaýyş çeşmelerini sarp edýär we uly gözleg meýdanyna getirýär. Mundan başga-da, metaproteomlardaky belok yzygiderliliginiň arasyndaky meňzeşlik ep-esli üýtgeýär, spektral kitaphananyň çaklama modeliniň takyklygyny üpjün etmegi kynlaşdyrýar, şonuň üçin çak edilýän spektral kitaphanalar metaproteomikada giňden ulanylmaýar. Mundan başga-da, ýokary yzygiderlilige meňzeş beloklaryň metaproteomika derňewine ulanmak üçin täze belok gözlegleri we klassifikasiýa düşündiriş strategiýalary işlenip düzülmeli.
Gysgaça aýtsak, täze döreýän mikrobiome gözleg tehnologiýasy hökmünde metaproteomika tehnologiýasy möhüm gözleg netijelerine ýetdi we ägirt uly ösüş potensialyna eýe.
Iş wagty: 30-2024-nji awgust