Wu Enhui, Qiao Liang*
Depatman Chimi, Fudan University, Shanghai 200433, Lachin
Mikwo-òganis yo gen rapò ak maladi imen ak sante. Ki jan yo konprann konpozisyon kominote mikwòb yo ak fonksyon yo se yon gwo pwoblèm ki bezwen etidye ijan. Nan dènye ane yo, metaproteomics te vin tounen yon mwayen teknik enpòtan pou etidye konpozisyon ak fonksyon mikwo-òganis yo. Sepandan, akòz konpleksite ak eterojenite segondè nan echantiyon kominote mikwòb yo, pwosesis echantiyon, akizisyon done espektrometri mas ak analiz done yo te vin twa gwo defi yo kounye a fè fas pa metaproteomics. Nan analiz metaproteomics, li souvan nesesè pou optimize pretreatman diferan kalite echantiyon ak adopte diferan mikwòb separasyon, anrichisman, ekstraksyon ak liz rapid. Menm jan ak pwoteòm yon sèl espès, mòd akizisyon done espektrometri mas nan metaproteomics gen ladan mòd akizisyon depandan done (DDA) ak mòd akizisyon endepandan done (DIA). Mòd akizisyon done DIA ka konplètman kolekte enfòmasyon peptide echantiyon an epi li gen gwo potansyèl devlopman. Sepandan, akòz konpleksite echantiyon metaproteome yo, analiz done DIA li yo te vin tounen yon gwo pwoblèm ki anpeche pwoteksyon pwofon metaproteomics. An tèm de analiz done, etap ki pi enpòtan an se konstriksyon yon baz done sekans pwoteyin. Gwosè a ak konplè nan baz done a pa sèlman gen yon gwo enpak sou kantite idantifikasyon, men tou afekte analiz la nan espès yo ak nivo fonksyonèl. Kounye a, estanda lò pou konstriksyon yon baz done metaproteome se yon baz done sekans pwoteyin ki baze sou metagenom la. An menm tan an, metòd filtraj baz done piblik la ki baze sou rechèch iteratif tou te pwouve yo gen gwo valè pratik. Soti nan pèspektiv nan estrateji espesifik analiz done, peptide ki santre metòd analiz done DIA te okipe yon endikap absoli. Avèk devlopman nan aprantisaj pwofon ak entèlijans atifisyèl, li pral anpil ankouraje presizyon, pwoteksyon ak vitès analiz analiz done macroproteomic. An tèm de analiz byoenfòmatik en, yo te devlope yon seri zouti annotasyon nan dènye ane yo, ki ka fè anotasyon espès nan nivo pwoteyin, nivo peptide ak nivo jèn pou jwenn konpozisyon kominote mikwòb yo. Konpare ak lòt metòd omik, analiz fonksyonèl kominote mikwòb yo se yon karakteristik inik nan macroproteomics. Macroproteomics te vin tounen yon pati enpòtan nan analiz milti-omik nan kominote mikwòb yo, epi li toujou gen gwo potansyèl devlopman an tèm de pwofondè pwoteksyon, sansiblite deteksyon, ak analiz done konplè.
01Sample pretreatment
Koulye a, teknoloji metaproteomics te lajman itilize nan rechèch la nan mikrobyom imen, tè, manje, oseyan, depo aktif ak lòt jaden. Konpare ak analiz pwoteòm nan yon sèl espès, echantiyon pretreatment metaproteome nan echantiyon konplèks fè fas a plis defi. Konpozisyon mikwòb nan echantiyon aktyèl yo konplèks, ranje dinamik abondans la gwo, estrikti miray selil diferan kalite mikwo-òganis yo trè diferan, ak echantiyon yo souvan gen yon gwo kantite pwoteyin lame ak lòt enpurte. Se poutèt sa, nan analiz la nan metaproteome, li souvan nesesè yo optimize diferan kalite echantiyon ak adopte diferan separasyon mikwòb, anrichisman, ekstraksyon ak rapid liz.
Ekstraksyon nan metaproteom mikwòb ki soti nan diferan echantiyon gen sèten resanblans ak kèk diferans, men kounye a gen yon mank de yon pwosesis inifye pre-pwosesis pou diferan kalite echantiyon metaproteome.
02Spèktrometri mas akizisyon done
Nan analiz pwoteòm fizi, melanj peptide apre tretman an premye separe nan kolòn kwomatografik la, ak Lè sa a, antre nan espektromèt mas la pou akizisyon done apre ionizasyon. Menm jan ak analiz pwoteòm yon sèl espès, mòd akizisyon done espektrometri mas nan analiz macroproteome gen ladan mòd DDA ak mòd DIA.
Avèk iterasyon kontinyèl ak aktyalizasyon enstriman mas spectrometri, enstriman mas spectrometri ak pi wo sansiblite ak rezolisyon yo aplike nan metaproteome, epi pwofondè pwoteksyon nan analiz metaproteome tou se kontinyèlman amelyore. Pou yon tan long, yon seri de gwo rezolisyon enstriman espektometri mas ki gen nan tèt Orbitrap yo te lajman itilize nan metaproteome.
Tablo 1 nan tèks orijinal la montre kèk etid reprezantan sou metaproteomics soti nan 2011 jiska prezan an tèm de kalite echantiyon, estrateji analiz, enstriman espektometri mas, metòd akizisyon, lojisyèl analiz, ak kantite idantifikasyon.
03 Analiz done espektrometri mas
3.1 DDA done analiz estrateji
3.1.1 Rechèch baz done
3.1.2de novoestrateji sekans
3.2 DIA analiz done estrateji
04Klasifikasyon espès ak anotasyon fonksyonèl
Konpozisyon kominote mikwòb nan diferan nivo taksonomik se youn nan domèn rechèch kle nan rechèch mikrobyom. Nan dènye ane yo, yo te devlope yon seri zouti annotasyon pou anote espès nan nivo pwoteyin, nivo peptide, ak nivo jèn pou jwenn konpozisyon kominote mikwòb yo.
Sans nan anotasyon fonksyonèl se konpare sekans pwoteyin sib la ak baz done a sekans pwoteyin fonksyonèl. Sèvi ak baz done fonksyon jèn tankou GO, COG, KEGG, eggNOG, elatriye, diferan analiz fonksyonèl anotasyon ka fèt sou pwoteyin ki idantifye pa macroproteomes. Zouti anons yo enkli Blast2GO, DAVID, KOBAS, elatriye.
05Rezime ak pespektiv
Mikwo-òganis jwe yon wòl enpòtan nan sante moun ak maladi. Nan dènye ane yo, metaproteomics te vin tounen yon mwayen teknik enpòtan pou etidye fonksyon kominote mikwòb yo. Pwosesis analyse metaproteomics sanble ak pwoteomik yon sèl-espès, men akòz konpleksite objè rechèch metaproteomics, estrateji rechèch espesifik bezwen yo dwe adopte nan chak etap analiz, soti nan echantiyon pretreatment, akizisyon done ak analiz done. Koulye a, gras a amelyorasyon nan metòd pretreatment, inovasyon kontinyèl nan teknoloji mas spectrometri ak devlopman rapid nan byoinformatik, metaproteomics te fè gwo pwogrè nan pwofondè idantifikasyon ak dimansyon aplikasyon an.
Nan pwosesis la nan pre-tretman nan echantiyon macroproteome, yo dwe konsidere nati echantiyon an an premye. Ki jan yo separe mikwo-òganis nan selil anviwònman an ak pwoteyin se youn nan defi kle yo fè fas a macroproteomes, ak balans ki genyen ant efikasite separasyon ak pèt mikwòb se yon pwoblèm ijan yo dwe rezoud. Dezyèmman, ekstraksyon pwoteyin nan mikwo-òganis dwe pran an kont diferans ki te koze pa eterojenite estriktirèl nan bakteri diferan. Echantiyon makroproteom nan seri tras la tou mande pou metòd pre-tretman espesifik.
An tèm de enstriman espektrometri mas, enstriman mas endikap yo te sibi yon tranzisyon soti nan espektwomèt mas ki baze sou analizè mas Orbitrap tankou LTQ-Orbitrap ak Q Exactive nan espektromèt mas ki baze sou mobilite iyon makonnen analizè mas tan-of-vol tankou timsTOF Pro. . Seri timsTOF enstriman yo ak enfòmasyon dimansyon iyon mobilite gen gwo presizyon deteksyon, limit deteksyon ki ba, ak bon repetibilite. Yo te vin piti piti vin enstriman enpòtan nan yon varyete domèn rechèch ki mande pou deteksyon mas spèktrometri, tankou proteome, metaproteome, ak metabolom nan yon sèl espès. Li se vo anyen ke pou yon tan long, seri a dinamik nan enstriman espektometri mas te limite pwofondè pwoteksyon an pwoteyin nan rechèch metaproteome. Nan tan kap vini an, enstriman espektometri mas ak yon seri dinamik pi gwo ka amelyore sansiblite ak presizyon idantifikasyon pwoteyin nan metaproteom.
Pou akizisyon done espektrometri mas, byenke mòd akizisyon done DIA te lajman adopte nan pwoteòm yon sèl espès, pifò analiz macroproteome aktyèl yo toujou itilize mòd akizisyon done DDA. Mòd akizisyon done DIA ka konplètman jwenn enfòmasyon iyon fragman echantiyon an, epi konpare ak mòd akizisyon done DDA, li gen potansyèl pou jwenn totalman enfòmasyon peptide echantiyon macroproteome a. Sepandan, akòz gwo konpleksite done DIA, analiz done macroproteome DIA toujou ap fè fas ak gwo difikilte. Devlopman entèlijans atifisyèl ak aprantisaj pwofon yo espere amelyore presizyon ak konplè analiz done DIA.
Nan analiz done metaproteomics, youn nan etap kle yo se konstriksyon baz done sekans pwoteyin. Pou zòn rechèch popilè tankou flora entesten, baz done mikwòb entesten tankou IGC ak HMP ka itilize, ak bon rezilta idantifikasyon yo te reyalize. Pou pifò lòt analiz metaproteomics, estrateji konstriksyon baz done ki pi efikas se toujou etabli yon baz done sekans pwoteyin echantiyon espesifik ki baze sou done sekans metagenomik. Pou echantiyon kominote mikwòb ki gen gwo konpleksite ak gwo ranje dinamik, li nesesè pou ogmante pwofondè sekans pou ogmante idantifikasyon espès ki ba-abondans, kidonk amelyore pwoteksyon baz done sekans pwoteyin. Lè done sekans yo manke, yo ka itilize yon metòd rechèch iteratif pou optimize baz done piblik la. Sepandan, rechèch iteratif ka afekte kontwòl kalite FDR, kidonk rezilta rechèch yo bezwen ak anpil atansyon tcheke. Anplis de sa, aplikasyon pou modèl tradisyonèl kontwòl kalite FDR nan analiz metaproteomics toujou vo eksplore. An tèm de estrateji rechèch, estrateji bibliyotèk espèk ibrid la ka amelyore pwofondè pwoteksyon DIA metaproteomics. Nan dènye ane yo, bibliyotèk espektral prevwa ki te pwodwi ki baze sou aprantisaj pwofon te montre pèfòmans siperyè nan pwoteomik DIA. Sepandan, baz done metaproteome souvan genyen dè milyon de antre pwoteyin, ki lakòz yon gwo echèl bibliyotèk espèk prevwa, konsome anpil resous enfòmatik, ak rezilta nan yon espas rechèch gwo. Anplis de sa, resanblans ki genyen ant sekans pwoteyin nan metaproteomes varye anpil, sa ki fè li difisil asire presizyon nan modèl la prediksyon bibliyotèk espèk, se konsa predi bibliyotèk espèk yo pa te lajman itilize nan metaproteomics. Anplis de sa, nouvo estrateji enferans pwoteyin ak klasifikasyon annotasyon bezwen devlope pou aplike nan analiz metaproteomics nan pwoteyin trè sekans ki sanble.
An rezime, kòm yon teknoloji rechèch microbiome émergentes, teknoloji metaproteomics te reyalize rezilta rechèch enpòtan epi tou li gen gwo potansyèl devlopman.
Tan pòs: Out-30-2024