Wu Enhui, Qiao Liang*
Beşa Kîmyayê, Zanîngeha Fudan, Shanghai 200433, Çîn
Mîkroorganîzma ji nêz ve bi nexweşî û tenduristiya mirovan ve girêdayî ne. Çawa têgihîştina pêkhateya civakên mîkrobial û fonksiyonên wan mijarek sereke ye ku pêdivî ye ku bilez were lêkolîn kirin. Di salên dawî de, metaproteomics bûye navgînek teknîkî ya girîng ji bo lêkolîna pêkhatin û fonksiyona mîkroorganîzmayan. Lêbelê, ji ber tevlihevî û heterojeniya bilind a nimûneyên civaka mîkrobial, hilberandina nimûneyê, wergirtina daneya spektrometrîya girseyî û analîzkirina daneyê bûne sê pirsgirêkên sereke ku niha ji hêla metaproteomics ve rû bi rû ne. Di analîza metaproteomîk de, bi gelemperî pêdivî ye ku meriv pêşîlêgirtina cûreyên cûda yên nimûneyan xweşbîn bike û nexşeyên cûda yên mîkrobial, dewlemendkirin, derxistin û lîzê bikar bîne. Mîna proteoma yek cûreyî, di metaproteomîkê de awayên wergirtina daneya spektrometrîya girseyî moda wergirtina dane-girêdayî (DDA) û moda wergirtina serbixwe-dane (DIA) vedihewîne. Moda wergirtina daneya DIA dikare bi tevahî agahdariya peptîdê ya nimûneyê berhev bike û xwedan potansiyela pêşkeftinê ya mezin e. Lêbelê, ji ber tevliheviya nimûneyên metaproteome, analîzkirina daneya DIA-ya wê bûye pirsgirêkek sereke ku pêşî li vegirtina kûr a metaproteomîk digire. Di warê analîzkirina daneyan de, gava herî girîng avakirina databasek rêza proteînan e. Mezinahî û tambûna databasê ne tenê bandorek mezin li ser hejmara nasnameyan dike, lê di heman demê de bandorê li analîza li ser celeb û astên fonksiyonel jî dike. Heya nuha, standarda zêrîn ji bo avakirina databasek metaproteome databasek rêza proteînê ye ku li ser bingeha metagenome ye. Di heman demê de, rêbaza fîlterkirina databasa giştî ya ku li ser bingeha lêgerîna dubare ye jî hate îsbat kirin ku xwedan nirxek pratîkî ya bihêz e. Ji perspektîfa stratejiyên analîzkirina daneya taybetî, rêbazên analîzkirina daneya DIA-ya peptîd-navendî rêgezek bêkêmasî dagir kiriye. Bi pêşkeftina fêrbûna kûr û îstîxbarata sûnî, ew ê rastbûn, vegirtin û leza analîzê ya analîza daneya makroproteomîk pir pêşve bixe. Di warê analîza biyoinformatîk a jêrîn de, di van salên dawî de rêzek amûrên annotasyonê hatine pêşve xistin, ku dikarin şîrovekirina cûreyan di asta proteîn, asta peptîd û asta genê de pêk bînin da ku pêkhateya civakên mîkrobialî bistînin. Li gorî rêbazên omîk ên din, analîzkirina fonksiyonel a civakên mîkrobîkî taybetmendiyek bêhempa ya macroproteomics e. Macroproteomîk bûye beşek girîng a analîza pir-omîk a civakên mîkrobial, û hîn jî di warê kûrahiya vegirtinê, hesasiyeta tespîtkirinê, û temamiya analîza daneyê de xwedan potansiyela pêşkeftinê ya mezin e.
01Pêşdermankirina nimûneyê
Heya nuha, teknolojiya metaproteomics bi berfirehî di lêkolîna mîkrobioma mirovî, ax, xwarin, okyanûs, lûleya çalak û qadên din de tê bikar anîn. Li gorî analîza proteome ya celebek yekane, pêş-dermankirina nimûneya metaproteome ya nimûneyên tevlihev bêtir bi dijwariyan re rû bi rû dimîne. Di nimûneyên rastîn de pêkhatina mîkrobîkî tevlihev e, rêza dînamîkî ya pirbûnê mezin e, strukturên dîwarê hucreyê yên cûrbecûr mîkroorganîzmayan pir cûda ye, û nimûne bi gelemperî hejmareke mezin ji proteînên mêvandar û nepakiyên din hene. Ji ber vê yekê, di analîzkirina metaproteome de, bi gelemperî pêdivî ye ku meriv celebên cûrbecûr nimûneyan xweşbîn bike û nexşeyên cûda yên mîkrobîkî, dewlemendkirin, derxistin û lîzê bikar bîne.
Derxistina metaproteomên mîkrobîkî ji nimûneyên cihêreng hin wekhevî û her weha hin ciyawazî hene, lê naha nebûna pêvajoyek pêş-pêvajoya yekbûyî ya ji bo cûrbecûr nimûneyên metaproteome heye.
02 Bidestxistina daneya spektrometriya girseyî
Di analîza proteomê ya gulebaranê de, tevliheviya peptîdê piştî dermankirinê pêşî di stûna kromatografiyê de tê veqetandin, û dûv re ji bo bidestxistina daneyan piştî ionîzasyonê dikeve spektrometera girseyî. Mîna analîza proteomê ya yek celeb, awayên wergirtina daneya spektrometrîya girseyî di analîza makroproteome de moda DDA û moda DIA-yê vedihewîne.
Bi dubarekirin û nûvekirina domdar a amûrên spektrometrîya girseyî re, amûrên spektrometrîya girseyî yên bi hesasiyet û çareseriyên bilindtir li metaproteome têne sepandin, û kûrahiya vegirtinê ya analîza metaproteome jî bi domdarî baştir dibe. Demek dirêj, rêzek amûrên spektrometrîya girseyî ya bi rezîliya bilind bi serokatiya Orbitrap bi berfirehî di metaproteome de têne bikar anîn.
Tabloya 1 ya nivîsa orîjînal hin lêkolînên temsîlî yên li ser metaproteomîkê ji 2011-an heya niha di warê celebê nimûneyê, stratejiya analîzê, amûra spektrometriya girseyî, rêbaza wergirtinê, nermalava analîzê û hejmara nasnameyan de nîşan dide.
03Analîzkirina daneyên spektrometrîya girseyî
3.1 Stratejiya analîzkirina daneya DDA
3.1.1 Lêgerîna Database
3.1.2de novostratejiya rêzgirtinê
3.2 Stratejiya analîzkirina daneya DIA
04 Dabeşkirina celeb û şirovekirina fonksiyonel
Pêkhatina civakên mîkrobîkî yên di astên cihêreng ên taksonomî de yek ji qadên lêkolînê yên sereke ye di lêkolîna mîkrobiome de. Di salên dawî de, rêzek amûrên annotasyonê hatine pêşve xistin da ku celebên di asta proteîn, asta peptîd, û asta genê de şîrove bikin da ku pêkhatina civakên mîkrobialî bistînin.
Esasê annotasyona fonksiyonel ev e ku meriv rêzika proteîna armanc bi databasa rêza proteîna fonksiyonel re bide ber hev. Bi karanîna databasên fonksiyona genê yên wekî GO, COG, KEGG, eggNOG, hwd., dikarin li ser proteînên ku ji hêla makroproteomeyan ve têne nas kirin vekolînên cûda yên annotasyonê yên fonksiyonel bêne kirin. Amûrên annotasyonê Blast2GO, DAVID, KOBAS, hwd.
05 Kurtayî û Dîtin
Mîkroorganîzma di tendurustî û nexweşiyên mirovan de rolek girîng dileyzin. Di salên dawî de, metaproteomics bûye navgînek teknîkî ya girîng ji bo lêkolîna fonksiyona civakên mîkrobîkî. Pêvajoya analîtîk a metaproteomîkê dişibihe ya proteomîkên yek-cureyî, lê ji ber tevliheviya mijara lêkolînê ya metaproteomîkê, hewce ye ku di her gavê analîzê de stratejiyên lêkolînê yên taybetî bêne pejirandin, ji pêş-dermankirina nimûneyê, wergirtina daneyan heya analîza daneyê. Heya nuha, bi saya baştirkirina rêbazên pêşdibistanê, nûbûnek domdar a teknolojiya spektrometrîya girseyî û pêşkeftina bilez a biyoinformatics, metaproteomics di kûrahiya nasnameyê û qada serîlêdanê de pêşkeftinek mezin çêkiriye.
Di pêvajoya pêş-dermankirina nimûneyên macroproteome de, divê pêşî cewhera nimûneyê were hesibandin. Meriv çawa mîkroorganîzmayan ji şaneyên jîngehê û proteînan veqetîne yek ji wan kêşeyên sereke ye ku li hember makroproteomeyan rû bi rû ne, û hevsengiya di navbera karbidestiya veqetandinê û windabûna mîkrobial de pirsgirêkek lezgîn e ku divê were çareser kirin. Ya duyemîn, derxistina proteîn a mîkroorganîzmayan pêdivî ye ku cûdahiyên ku ji hêla heterojeniya strukturî ya bakteriyên cihêreng ve têne çêkirin li ber çavan bigire. Nimûneyên macroproteome yên di nav rêza şopandinê de jî rêbazên taybetî yên pêş-dermankirinê hewce dikin.
Di warê amûrên spektrometrîya girseyî de, amûrên spektrometrîya girseyî ya sereke ji spektrometrên girseyî yên ku li ser bingeha analîzên girseyî yên Orbitrap-ê yên wekî LTQ-Orbitrap û Q Exactive-yê hatine veguheztin ber bi spektrometerên girseyî yên ku li ser bingeha tevgera îyonê ya li ser bingeha analîzên girseyî yên dema-firînê yên hevgirtî yên wekî timsTOF Pro derbas bûne. . Rêzeya amûrên timsTOF yên bi agahdariya pîvana tevgera ionê xwedan rastbûna vedîtina bilind, sînorê vedîtina kêm, û dubarebûna baş e. Ew gav bi gav bûne amûrên girîng di cûrbecûr qadên lêkolînê de ku hewceyê tespîtkirina spektrometrîya girseyî, wek proteome, metaproteome, û metabolomek celebek yekane. Hêjayî gotinê ye ku ji bo demek dirêj ve, rêza dînamîkî ya amûrên spektrometrîya girseyî kûrahiya vegirtina proteînê ya lêkolîna metaproteome sînordar kiriye. Di pêşerojê de, amûrên spektrometrîya girseyî yên bi rêzek dînamîkî ya mezintir dikarin hesas û rastbûna nasîna proteînê di metaproteomeyan de çêtir bikin.
Ji bo bidestxistina daneyên spektrometrîya girseyî, her çend moda wergirtina daneya DIA bi berfirehî di proteoma yek celebek de hatî pejirandin, pir analîzên makroproteome yên heyî hîn jî moda wergirtina daneya DDA bikar tînin. Moda wergirtina daneya DIA dikare bi tevahî agahdariya îyona perçeyê ya nimûneyê bi dest bixe, û li gorî moda wergirtina daneya DDA, potansiyela wê heye ku bi tevahî agahdariya peptîdê ya nimûneya makroproteome bi dest bixe. Lêbelê, ji ber tevliheviya zêde ya daneyên DIA, analîzkirina daneyên makroproteoma DIA hîn jî bi dijwariyên mezin re rû bi rû ye. Pêşveçûna îstîxbarata sûnî û fêrbûna kûr tê çaverê kirin ku rastbûn û tambûna analîza daneya DIA baştir bike.
Di analîza daneya metaproteomics de, yek ji gavên bingehîn avakirina databasa rêza proteînê ye. Ji bo qadên lêkolînê yên populer ên wekî flora rûvî, databasên mîkrobial ên rûvî yên wekî IGC û HMP dikarin werin bikar anîn, û encamên nasnameyê yên baş hatine bidestxistin. Ji bo piraniya analîzên metaproteomîk ên din, stratejiya avakirina databasê ya herî bibandor hîn jî damezrandina databasek rêzika proteîn-taybetî ya li ser bingeha daneyên rêzgirtina metagenomîk e. Ji bo nimûneyên civaka mîkrobîkî yên bi tevliheviya bilind û rêzek dînamîkî ya mezin, pêdivî ye ku meriv kûrahiya rêzkirinê zêde bike da ku nasnameya celebên kêm-pirr zêde zêde bike, bi vî rengî vegirtina databasa rêza proteînê baştir bike. Dema ku danehevkirina rêzikan kêm be, rêbazek lêgerîna dubare dikare were bikar anîn da ku databasa giştî xweş bike. Lêbelê, lêgerîna dubare dibe ku bandorê li kontrola kalîteya FDR bike, ji ber vê yekê divê encamên lêgerînê bi baldarî bêne kontrol kirin. Wekî din, sepandina modelên kevneşopî yên kontrolkirina kalîteyê ya FDR-ê di analîza metaproteomîk de hîn jî hêjayî lêkolînê ye. Di warê stratejiya lêgerînê de, stratejiya pirtûkxaneya spektral a hîbrîd dikare kûrahiya vegirtina metaproteomîkên DIA çêtir bike. Di salên dawî de, pirtûkxaneya spektral a pêşbînîkirî ku li ser bingeha fêrbûna kûr hatî çêkirin, di proteomîkên DIA de performansa çêtir nîşan da. Lêbelê, databasên metaproteome bi gelemperî bi mîlyonan navnîşên proteîn vedihewîne, ku di encamê de pîvanek mezin a pirtûkxaneyên spektral ên pêşbînkirî vedihewîne, gelek çavkaniyên komputerê dixwe, û di cîhek lêgerînek mezin de encam dide. Wekî din, wekheviya di navbera rêzikên proteînan de di metaproteoman de pir diguhezîne, ku piştrastkirina rastbûna modela pêşbîniya pirtûkxaneya spektral dijwar dike, ji ber vê yekê pirtûkxaneyên spektral ên pêşbînkirî bi berfirehî di metaproteomîkê de nehatine bikar anîn. Digel vê yekê, pêdivî ye ku stratejiyên şîrovekirina proteînên nû û dabeşkirinê werin pêşve xistin da ku li analîza metaproteomîk a proteînên pir rêzdar-heman werin sepandin.
Bi kurtahî, wekî teknolojiyek lêkolîna mîkrobiomê ya ku derketiye holê, teknolojiya metaproteomics encamên lêkolînê yên girîng bi dest xistiye û di heman demê de xwedan potansiyelek pêşkeftina mezin e.
Dema şandinê: Tebax-30-2024