Ву Эньхуэй, Цяо Лян*
Кафедраи химия, Донишгоҳи Фудан, Шанхай 200433, Чин
Микроорганизмхо бо беморихо ва саломатии инсон алокаи зич доранд. Чӣ тавр фаҳмидани таркиби ҷомеаҳои микробҳо ва вазифаҳои онҳо як масъалаи муҳимест, ки онро фавран омӯхтан лозим аст. Дар солхои охир метапротеомика воситаи мухими техникии омухтани таркиб ва вазифаи микроорганизмхо гардид. Бо вуҷуди ин, аз сабаби мураккабӣ ва гетерогении баланди намунаҳои ҷомеаи микробҳо, коркарди намуна, ба даст овардани маълумотҳои масс-спектрометрӣ ва таҳлили додаҳо ба се мушкилоти асосӣ табдил ёфтанд, ки ҳоло метапротеомика дучор мешаванд. Дар таҳлили метапротеомика, аксар вақт зарур аст, ки коркарди пешакии намудҳои гуногуни намунаҳо ва қабул кардани схемаҳои гуногуни микробҳо, ғанисозӣ, истихроҷ ва лизисро қабул кунед. Монанди протеомаи як намуди ягона, усулҳои ба даст овардани маълумотҳои масс-спектрометрӣ дар метапротеомика режими ба даст овардани маълумот вобаста (DDA) ва режими ба даст овардани иттилооти мустақил (DIA) дохил мешаванд. Реҷаи ба даст овардани маълумотҳои DIA метавонад маълумоти пептидии намунаро пурра ҷамъ оварад ва дорои потенсиали бузурги рушд мебошад. Бо вуҷуди ин, аз сабаби мураккабии намунаҳои метапротеомӣ, таҳлили маълумоти DIA он як мушкилоти асосӣ гардид, ки фарогирии амиқи метапротеомикаро бозмедорад. Дар робита ба таҳлили маълумот, марҳилаи муҳимтарин сохтани пойгоҳи додаҳои пайдарпайии сафедаҳо мебошад. Андоза ва мукаммалии махзани маълумот на танҳо ба шумораи идентификацияҳо таъсири калон мерасонад, балки ба таҳлили намудҳо ва сатҳҳои функсионалӣ низ таъсир мерасонад. Дар айни замон, стандарти тиллоӣ барои сохтани базаи метапротеомҳо базаи пайдарпайии сафедаҳо дар асоси метагеном мебошад. Дар баробари ин, усули филтркунии пойгоҳи додаҳои ҷамъиятӣ дар асоси ҷустуҷӯи такрорӣ низ собит шудааст, ки арзиши амалии қавӣ дорад. Аз нуқтаи назари стратегияҳои мушаххаси таҳлили додаҳо, усулҳои таҳлили додаҳои ба пептид нигаронидашудаи DIA маҷрои мутлақро ишғол кардаанд. Бо рушди омӯзиши амиқ ва зеҳни сунъӣ, он ба дақиқӣ, фарогирӣ ва суръати таҳлили таҳлили маълумоти макропротеомикӣ мусоидат хоҳад кард. Дар робита ба таҳлили биоинформатикаи поёноб, дар солҳои охир як қатор асбобҳои аннотатсионӣ таҳия карда шуданд, ки метавонанд аннотацияи намудҳоро дар сатҳи сафеда, сатҳи пептид ва ген барои ба даст овардани таркиби ҷомеаҳои микробҳо иҷро кунанд. Дар муқоиса бо дигар усулҳои омика, таҳлили функсионалии ҷомеаҳои микробҳо хусусияти беназири макропротеомика мебошад. Макропротеомика як ҷузъи муҳими таҳлили мултиомикии ҷамоаҳои микробҳо шудааст ва ҳоло ҳам аз ҷиҳати умқи фарогирӣ, ҳассосияти ошкор ва пуррагии таҳлили маълумот потенсиали бузурги рушд дорад.
01Табобати пешакии намуна
Дар айни замон, технологияи метапротеомика дар таҳқиқоти микробиомаи инсон, хок, ғизо, уқёнус, лойи фаъол ва дигар соҳаҳо васеъ истифода мешавад. Дар муқоиса бо таҳлили протеомҳои як намуд, коркарди пешакии намунаи метапротеомаи намунаҳои мураккаб бо мушкилоти бештар рӯбарӯ мешавад. Таркиби микробҳо дар намунаҳои воқеӣ мураккаб аст, диапазони динамикии фаровонӣ калон аст, сохтори девори ҳуҷайраҳои намудҳои гуногуни микроорганизмҳо хеле гуногун аст ва намунаҳо аксар вақт миқдори зиёди сафедаҳои мизбон ва дигар ифлосиҳо доранд. Аз ин рӯ, ҳангоми таҳлили метапротеом аксар вақт оптимизатсия кардани намудҳои гуногуни намунаҳо ва қабули схемаҳои гуногуни микробҳо, ғанисозӣ, истихроҷ ва лизис зарур аст.
Истихроҷи метапротеомҳои микробӣ аз намунаҳои гуногун монандии муайян ва инчунин баъзе фарқиятҳо дорад, аммо дар айни замон набудани раванди ягонаи коркарди пешакии намудҳои гуногуни намунаҳои метапротеом вуҷуд дорад.
02 Гирифтани маълумот аз спектрометрия
Ҳангоми таҳлили протеоми тир, омехтаи пептид пас аз коркард аввал дар сутуни хроматографӣ ҷудо карда мешавад ва пас аз ионизатсия ба масс-спектрометр барои ба даст овардани маълумот ворид мешавад. Монанди таҳлили як намуди протеом, усулҳои ба даст овардани маълумоти масс-спектрометрӣ дар таҳлили макропротеом режими DDA ва режими DIA-ро дар бар мегиранд.
Бо такрор ва навсозии пайвастаи асбобҳои масс-спектрометрӣ, асбобҳои масс-спектрометрии дорои ҳассосият ва ҳалли баландтар ба метапротеом татбиқ карда мешаванд ва умқи фарогирии таҳлили метапротеом низ пайваста такмил дода мешавад. Дар метапротеом дер боз як катор асбобхои баланд-сифати масс-спектрометрй бо сардории Orbitrap васеъ истифода бурда мешаванд.
Дар ҷадвали 1-и матни аслӣ баъзе тадқиқотҳои намояндагӣ оид ба метапротеомика аз соли 2011 то имрӯз аз рӯи намуди намуна, стратегияи таҳлил, асбоби масс-спектрометрӣ, усули ба даст овардан, нармафзори таҳлил ва шумораи мушаххасот нишон дода шудаанд.
03 Таҳлили маълумоти масс-спектрометрӣ
3.1 Стратегияи таҳлили маълумоти DDA
3.1.1 Ҷустуҷӯи пойгоҳи додаҳо
3.1.2де навстратегияи пайдарпай
3.2 Стратегияи таҳлили маълумотҳои DIA
04 Таснифи намудҳо ва шарҳи функсионалӣ
Таркиби ҷамоаҳои микробҳо дар сатҳҳои гуногуни таксономӣ яке аз самтҳои асосии тадқиқот дар тадқиқоти микробиома мебошад. Дар солҳои охир, як қатор асбобҳои шарҳдиҳӣ барои шарҳ додани намудҳо дар сатҳи сафедаҳо, сатҳи пептидҳо ва сатҳи генҳо барои ба даст овардани таркиби ҷомеаҳои микробҳо таҳия карда шуданд.
Моҳияти шарҳи функсионалӣ ин муқоиса кардани пайдарпаии сафедаи мақсаднок бо пойгоҳи додаҳои пайдарпаии сафедаҳои функсионалӣ мебошад. Бо истифода аз пойгоҳи додаҳои функсияҳои ген, аз қабили GO, COG, KEGG, eggNOG ва ғайра, дар сафедаҳое, ки макропротеомҳо муайян кардаанд, таҳлилҳои гуногуни функсионалӣ гузаронида мешаванд. Воситаҳои шарҳдиҳӣ Blast2GO, DAVID, KOBAS ва ғайраҳоро дар бар мегиранд.
05 Хулоса ва дурнамо
Микроорганизмҳо дар саломатӣ ва бемориҳои инсон нақши муҳим доранд. Дар солхои охир метапротеомика воситаи мухими техникии омухтани вазифаи чамъиятхои микробхо гардид. Раванди таҳлилии метапротеомика ба протеомикаи якнамуд монанд аст, аммо аз сабаби мураккабии объекти тадқиқотии метапротеомика, бояд дар ҳар як марҳилаи таҳлил стратегияҳои мушаххаси тадқиқотӣ, аз коркарди пешакии намуна, гирифтани маълумот то таҳлили маълумот қабул карда шаванд. Дар айни замон, ба шарофати такмили усулҳои коркарди пешакӣ, навовариҳои пайвастаи технологияи масс-спектрометрия ва рушди босуръати биоинформатика, метапротеомика дар умқи муайянкунӣ ва доираи татбиқ ба пешравиҳои калон ноил гардид.
Дар раванди коркарди пешакии намунаҳои макропротеомҳо аввал хусусияти намуна бояд ба назар гирифта шавад. Тарзи ҷудо кардани микроорганизмҳо аз ҳуҷайраҳо ва сафедаҳои муҳити зист яке аз мушкилоти асосии макропротеомҳо мебошад ва мувозинати байни самаранокии ҷудошавӣ ва талафоти микробҳо як масъалаи таъхирнопазирест, ки бояд ҳал карда шавад. Дуюм, истихроҷи сафедаи микроорганизмҳо бояд фарқиятҳоеро, ки аз гетерогении сохтории бактерияҳои гуногун ба вуҷуд меоянд, ба назар гиранд. Намунаҳои макропротеом дар диапазони пайгирӣ инчунин усулҳои махсуси пеш аз табобатро талаб мекунанд.
Дар робита ба асбобҳои масс-спектрометрӣ, асбобҳои асосии масс-спектрометрӣ аз спектрометрҳои масса дар асоси таҳлилгари массаи Orbitrap ба монанди LTQ-Orbitrap ва Q Exactive ба спектрометрҳои масса дар асоси ҳаракати ионҳо, ки вақти парвоз дар вақти парвоз ба монанди timsTOF Pro мебошанд, гузаштанд. . Силсилаи асбобҳои timsTOF бо маълумоти андозагирии ионҳо дорои дақиқии баланди муайянкунӣ, маҳдудияти пасти ошкор ва такрорпазирии хуб мебошанд. Онҳо тадриҷан ба асбобҳои муҳим дар соҳаҳои гуногуни тадқиқот табдил ёфтанд, ки муайянкунии массаи спектрометрияро талаб мекунанд, ба монанди протеом, метапротеом ва метаболоми як намуд. Кайд кардан бамаврид аст, ки диапазони динамикии асбобхои масс-спектрометрй муддати дароз умки фарогирии протеинхои тадкикоти метапротеомро махдуд мекард. Дар оянда асбобҳои масс-спектрометрии дорои диапазони калонтари динамикӣ метавонанд ҳассосият ва дақиқии муайянкунии сафедаҳоро дар метапротеомҳо беҳтар кунанд.
Барои ба даст овардани маълумоти масс-спектрометрӣ, гарчанде ки режими ба даст овардани маълумоти DIA дар протеомаи як намуд ба таври васеъ қабул шудааст, аксари таҳлилҳои макропротеомҳои ҷорӣ ҳоло ҳам режими ба даст овардани маълумотҳои DDA-ро истифода мебаранд. Реҷаи ба даст овардани маълумоти DIA метавонад маълумоти ионҳои порчаи намунаро пурра ба даст орад ва дар муқоиса бо режими ба даст овардани маълумоти DDA, он дорои потенсиали пурраи маълумоти пептидии намунаи макропротеом мебошад. Бо вуҷуди ин, аз сабаби мураккабии баланди маълумоти DIA, таҳлили маълумоти макропротеомҳои DIA ҳоло ҳам ба мушкилоти зиёд дучор мешавад. Интизор меравад, ки рушди зеҳни сунъӣ ва омӯзиши амиқ саҳеҳӣ ва мукаммалии таҳлили маълумоти DIA-ро беҳтар созад.
Дар таҳлили додаҳои метапротеомика, яке аз қадамҳои калидӣ сохтани базаи пайдарпайии сафедаҳо мебошад. Барои соҳаҳои маъмули тадқиқотӣ, аз қабили флораи рӯда, пойгоҳи додаҳои микробҳои рӯда ба монанди IGC ва HMP метавонанд истифода шаванд ва натиҷаҳои хуби мушаххассозӣ ба даст оварда шудаанд. Барои аксари дигар таҳлилҳои метапротеомикӣ, самараноктарин стратегияи сохтани пойгоҳи додаҳо то ҳол таъсиси пойгоҳи додаҳои пайдарпаии сафедаҳои намунавӣ дар асоси маълумоти пайдарпайии метагеномӣ мебошад. Барои намунаҳои ҷомеаи микробҳо, ки мураккабии баланд ва диапазони динамикии калон доранд, умқи пайдарпайро зиёд кардан лозим аст, то муайянкунии навъҳои камшуморро афзоиш диҳад ва ба ин васила фарогирии махзани пайдарпаии сафедаҳо беҳтар карда шавад. Ҳангоми набудани пайдарпайии маълумот, усули ҷустуҷӯи такрорӣ барои оптимизатсияи пойгоҳи додаҳои ҷамъиятӣ истифода мешавад. Бо вуҷуди ин, ҷустуҷӯи такрорӣ метавонад ба назорати сифати FDR таъсир расонад, бинобар ин, натиҷаҳои ҷустуҷӯ бояд бодиққат тафтиш карда шаванд. Илова бар ин, татбиқи моделҳои анъанавии назорати сифат FDR дар таҳлили метапротеомика ҳоло ҳам қобили таҳқиқ аст. Дар робита ба стратегияи ҷустуҷӯ, стратегияи гибридии китобхонаи спектралӣ метавонад умқи фарогирии метапротеомикаи DIA-ро беҳтар кунад. Дар солҳои охир, китобхонаи пешбинишудаи спектралӣ, ки дар асоси омӯзиши амиқ тавлид шудааст, дар протеомикаи DIA муваффақияти олӣ нишон дод. Бо вуҷуди ин, пойгоҳи додаҳои метапротеомӣ аксар вақт миллионҳо вурудоти протеинро дар бар мегиранд, ки ба миқёси калони китобхонаҳои спектрии пешбинишуда оварда мерасонад, захираҳои зиёди компютериро истеъмол мекунад ва боиси фазои калони ҷустуҷӯ мегардад. Илова бар ин, шабоҳати байни пайдарпаии сафедаҳо дар метапротеомҳо хеле фарқ мекунад, ки таъмини дақиқии модели пешгӯии китобхонаи спектриро душвор мегардонад, аз ин рӯ китобхонаҳои спектрии пешбинишуда дар метапротеомика васеъ истифода намешаванд. Илова бар ин, стратегияҳои нави шарҳи сафедаҳо ва таснифоти таснифӣ бояд таҳия карда шаванд, то дар таҳлили метапротеомики сафедаҳои ба пайдарпай шабоҳат хеле монандро истифода баранд.
Хулоса, ҳамчун технологияи падидомадаи тадқиқоти микробиома, технологияи метапротеомика натиҷаҳои назарраси тадқиқотӣ ба даст овардааст ва инчунин дорои потенсиали бузурги рушд мебошад.
Вақти фиристодан: 30 август-2024