2020-08-31
宏蛋(dan)(dan)白組(zu)，是應用蛋(dan)(dan)白質組(zu)學技術(shu)對微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群落進行(xing)研究(jiu)(jiu)(jiu)的(de)一項新技術(shu)，其(qi)定(ding)(ding)義為特(te)定(ding)(ding)時(shi)刻(ke)下(xia)，環(huan)境微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)所表達的(de)所有蛋(dan)(dan)白。可研究(jiu)(jiu)(jiu)的(de)樣本對象也極為豐富(fu)、廣闊(kuo)，比如活性淤泥中的(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)，海洋微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)，土壤中的(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)，發酵食品中的(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)，腸道(dao)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)，糞便(bian)、黏膜腔等，凡是存在多種微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)組(zu)成的(de)固(gu)體、液體、甚至氣溶膠(jiao)樣本均可以進行(xing)宏蛋(dan)(dan)白組(zu)的(de)研究(jiu)(jiu)(jiu)。 近些(xie)年由于(yu)質(zhi)譜檢測技術的(de)發(fa)(fa)展和分析方法的(de)日趨成熟(shu)，宏蛋白組研究微生物(wu)也成為了不可忽視的(de)新(xin)(xin)一(yi)熱(re)點，并(bing)且從NCBI數據庫(ku)中發(fa)(fa)表(biao)的(de)文(wen)獻統(tong)計(ji)可以(yi)看出，這是(shi)一(yi)個(ge)非常新(xin)(xin)鮮的(de)，充滿力(li)量的(de)，發(fa)(fa)展迅猛的(de)熱(re)點。 研究宏蛋白組的(de)必(bi)要(yao)性和重要(yao)性在(zai)此前的(de)文章中已經詳(xiang)細討論（直(zhi)戳進(jin)入），今天小編就(jiu)和大家一起看(kan)看(kan)宏蛋(dan)白組具體可以應用于(yu)哪些領域(yu)。 一、宿(su)主體內微(wei)生物群與疾病研(yan)究 根據現(xian)有(you)報道，微(wei)生物(wu)(wu)可(ke)能(neng)(neng)在(zai)多(duo)種(zhong)疾(ji)病(bing)中(zhong)發(fa)揮作(zuo)用，比(bi)如牙周炎(yan)、炎(yan)癥(zheng)(zheng)性腸(chang)病(bing)、肥胖(pang)、肺(fei)部疾(ji)病(bing)、抑(yi)郁癥(zheng)(zheng)、阿爾(er)茲海默癥(zheng)(zheng)、大(da)腸(chang)癌等。其原因可(ke)能(neng)(neng)是微(wei)生物(wu)(wu)群落有(you)益功能(neng)(neng)的(de)(de)缺乏或(huo)者有(you)害微(wei)生物(wu)(wu)活動的(de)(de)存(cun)在(zai)。通過對宿(su)主微(wei)生物(wu)(wu)多(duo)樣(yang)性組成的(de)(de)充分認(ren)識和(he)功能(neng)(neng)明確(que)，有(you)利(li)于尋找到新(xin)的(de)(de)疾(ji)病(bing)早期診斷(duan)標(biao)志(zhi)或(huo)者新(xin)的(de)(de)治療靶點。 圖1 宏蛋白組揭示MLI樣本內微生物和宿主反應調控機制 樣本類型：唾液，牙菌斑(ban)，齦溝(gou)液、黏膜與腸腔交界處（MLI）樣本等。 參考文(wen)獻案(an)例： 1).Bostanci N, et al. Periodontal disease: From the lenses of light microscopy to the specs of proteomics and next-generation sequencing. Adv Clin Chem. 2019;93:263-290.（牙周炎的(de)唾液(ye)樣本中微生物的(de)合作與競爭對宿主(zhu)的(de)影(ying)響(xiang)） 2).Zhang X, et al. Metaproteomics reveals associations between microbiome and intestinal extracellular vesicle proteins in pediatric inflammatory bowel disease. Nat Commun. 2018;9(1):2873.（宏蛋白質組學揭開小兒炎(yan)癥性腸病(bing)的新(xin)機制） 3).Long S,et al. Metaproteomics characterizes human gut microbiome function in colorectal cancer. NPJ Biofilms Microbiomes. 2020;6(1):14.（宏蛋(dan)白質(zhi)組學揭示(shi)大腸癌(ai)發(fa)病(bing)機制和(he)初步確定診斷生(sheng)物(wu)標志(zhi)物(wu)） 二、環(huan)境污染指標和污染處理 目(mu)前我們面臨越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)(de)(de)(de)環境(jing)污(wu)染(ran)(ran)問題，包括土(tu)(tu)壤污(wu)染(ran)(ran)、水(shui)體污(wu)染(ran)(ran)、空氣污(wu)染(ran)(ran)等。這些(xie)環境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)微生(sheng)物一(yi)方面可(ke)以作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)污(wu)染(ran)(ran)指標(biao)和評價(jia)(jia)標(biao)準，另(ling)一(yi)方面也可(ke)以作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)污(wu)染(ran)(ran)處(chu)理(li)(li)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)“清潔衛士”。例如：已有文獻(xian)報道(dao)，土(tu)(tu)壤微生(sheng)物指標(biao)是評價(jia)(jia)土(tu)(tu)壤污(wu)染(ran)(ran)程度的(de)(de)(de)(de)重要(yao)生(sheng)物學(xue)(xue)指標(biao)之(zhi)一(yi)；將宏(hong)蛋白質(zhi)組(zu)學(xue)(xue)應用于污(wu)水(shui)生(sheng)物處(chu)理(li)(li)領(ling)域，通過分(fen)析活性污(wu)泥中(zhong)蛋白質(zhi)，可(ke)以提(ti)供大量的(de)(de)(de)(de)關于微生(sheng)物群(qun)落結構(gou)的(de)(de)(de)(de)信(xin)息，為(wei)(wei)污(wu)水(shui)生(sheng)物處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)優(you)化控制及工藝(yi)技術(shu)研究提(ti)供堅實的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論(lun)基礎；空氣微粒(li)物質(zhi)的(de)(de)(de)(de)宏(hong)蛋白質(zhi)組(zu)分(fen)析提(ti)供了有關大氣中(zhong)生(sheng)物氣溶膠的(de)(de)(de)(de)特性及其(qi)對(dui)氣候和公共衛生(sheng)的(de)(de)(de)(de)影響的(de)(de)(de)(de)寶(bao)貴(gui)信(xin)息。 圖2 宏蛋白組揭示嗜熱菌群降解偶氮染料的代謝機制 樣(yang)本類型：土壤、污(wu)泥、污(wu)水、在堆肥廠、廢(fei)水處理廠和農業容器(qi)中收集的(de)環(huan)境氣溶膠樣(yang)品等。 參考文獻案例(li)： 1).Sukul P, et al. Simple discovery of bacterial biocatalysts from environmental samples through functional metaproteomics. Microbiome. 2017;5(1):28.（通過宏蛋(dan)白質組(zu)學(xue)從環境樣品中簡(jian)單發現細菌生物催化劑） 2).Collado N, et aI. Exploring the potential of applying proteomics for tracking bisphenol A and nonylphenol degradation in activated sludge. Chemosphere. 2013;90(8):2309-2314. （探索應用(yong)宏蛋白(bai)質組學(xue)技術跟蹤(zong)活性(xing)污泥(ni)中雙酚A和壬基(ji)酚降解的潛力） 3).An X, et al. Integrated metagenomic and metaproteomic analyses reveal potential degradation mechanism of azo dye-Direct Black G by thermophilic microflora. Ecotoxicol Environ Saf. 2020;196:110557.（綜合宏基因(yin)組(zu)(zu)和宏蛋(dan)白質組(zu)(zu)揭示了嗜熱菌(jun)群降解偶氮染料的潛在機理） 4).Piovesana S, et al. Development of an Analytical Method for the Metaproteomic Investigation of Bioaerosol from Work Environments. Proteomics. 2019;19(23):e1900152.（通過宏蛋白(bai)組研究工(gong)作環境中生物氣溶(rong)膠的發展） 三、發酵(jiao)工程(cheng) 發(fa)酵(jiao)食品(pin)(pin)體系作為一個獨特的(de)(de)微(wei)(wei)生態系統，其中的(de)(de)微(wei)(wei)生物群落結構復雜、功能(neng)多樣，與發(fa)酵(jiao)食品(pin)(pin)的(de)(de)品(pin)(pin)質和風味有直(zhi)接關(guan)系。深入(ru)剖析(xi)發(fa)酵(jiao)食品(pin)(pin)中的(de)(de)微(wei)(wei)生物群落結構為進一步改(gai)進食品(pin)(pin)發(fa)酵(jiao)工藝、探究食品(pin)(pin)風味形成機理(li)提供(gong)了理(li)論基礎。 能(neng)源(yuan)是人(ren)類社會進(jin)步與經濟發展(zhan)的重要物(wu)質基(ji)礎(chu)。微生物(wu)技術(shu)在新能(neng)源(yuan)開(kai)發領域(yu)中有(you)廣闊的應用潛力，對(dui)能(neng)源(yuan)的可持續發展(zhan)具有(you)重要的理(li)論和(he)顯示意義。通過(guo)對(dui)能(neng)源(yuan)發酵微生物(wu)的功能(neng)研(yan)究有(you)利于優化高質量生物(wu)燃料的生產工藝。 圖3 宏蛋白組揭示噬菌體對沼氣過程和沼氣池營養循環的影響 樣本(ben)類型：黃酒麥曲浸提物，大醬，白酒窖(jiao)泥，植物厭氧發(fa)酵液等。 參考文獻案例： 1).Román-Camacho JJ, et al. Metaproteomics of microbiota involved in submerged culture production of alcohol wine vinegar: Int J Food Microbiol. 2020;333:108797.（微(wei)生物群的宏蛋白(bai)質組學(xue)研究浸水培養(yang)生產酒精酒醋） 2).Xie M, et al. Characterization and comparison of metaproteomes in traditional and commercial dajiang, a fermented soybean paste in northeast China. Food Chem. 2019;301:125270.（東北(bei)地區傳統(tong)大(da)醬和商品化大(da)醬的轉蛋(dan)白酶體特征及比較） 3).Heyer R, et al. Impact of feeding and stirring regimes on the internal stratification of microbial communities in the fermenter of anaerobic digestion plants. Bioresour Technol. 2020;314:123679. (飼喂和攪拌條件對厭(yan)氧消化植物(wu)發酵(jiao)罐內微生物(wu)群落分層的影(ying)響) 4).Heyer R, et al. Metaproteome analysis reveals that syntrophy, competition, and phage-host interaction shape microbial communities in biogas plants. Microbiome. 2019;7(1):69. (宏(hong)蛋白質組研究沼氣植物中的微生物群落) 四、農作物(wu)（植物(wu)）研究 建立土(tu)壤(rang)差異宏蛋(dan)白質(zhi)組學技術(shu),并(bing)用于(yu)比較(jiao)不同(tong)條件下土(tu)壤(rang)蛋(dan)白質(zhi)表達量差異，植物(wu)蛋(dan)白差異，有利于(yu)進一步(bu)明確根際土(tu)壤(rang)微生(sheng)態對植物(wu)生(sheng)長(chang)活動(dong)帶來的影響。 圖4 蛋白質組學數據推斷的根際土壤蛋白質代謝模型 樣(yang)本類(lei)型：根際土等(deng) 參考文(wen)獻案例： 1).Khatabi B, et al. Plant-Microbe Symbiosis: What Has Proteomics Taught Us?. Proteomics. 2019;19(16):e1800105. （蛋白組研究了(le)解植物(wu)與微生物(wu)之間的(de)共(gong)生關系） 2).Chen J, et al. Nitrogen Fertilizer Amendment Alter the Bacterial Community Structure in the Rhizosphere of Rice (Oryza sativa L.) and Improve Crop Yield. Front Microbiol. 2019;10:2623.（氮(dan)肥通過改(gai)變水稻根際細菌群落結構(gou)，提高作物產量(liang)） 3).Renu, Gupta SK, Rai AK, et al. Metaproteomic data of maize rhizosphere for deciphering functional diversity. Data Brief. 2019;27:104574.（玉米(mi)根(gen)際(ji)的宏蛋白組(zu)研究用于(yu)解(jie)釋功能的多樣性） 以上是我們整理的部分微生(sheng)(sheng)物(wu)宏(hong)蛋(dan)白(bai)組應用實例，下(xia)方附微生(sheng)(sheng)態(tai)研(yan)(yan)究方向匯總表，供各位老師收藏，以供參考(kao)。派森諾生(sheng)(sheng)物(wu)，專注研(yan)(yan)究微生(sheng)(sheng)物(wu)近10載，更多微生(sheng)(sheng)物(wu)研(yan)(yan)究資料可掃(sao)描下(xia)方二維碼獲取。 微(wei)生態(tai)研究方向(xiang)一覽表：
