2020-08-31
宏蛋白组，是应用蛋白质组学技术对微生物群落进行研究的一项新技术，其定义为特定时刻下，环境微生物所表达的所有蛋白。可研究的样本对象也极为丰富、广阔，比如活性淤泥中的微生物，海洋微生物，土壤中的微生物，发酵食品中的微生物，肠道微生物，粪便、黏膜腔等，凡是存在多种微生物组成的固体、液体、甚至气溶胶样本均可以进行宏蛋白组的研究。 近些年由于质谱检测技术的发展和分析方法的日趋成熟，宏蛋白组研究微生物也成为了不可忽视的新一热点，并且从NCBI数据库中发表的文献统计可以看出，这是一个非常新鲜的，充满力量的，发展迅猛的热点。 研究宏蛋白组的必要性和重要性在此前的文章中已经详细讨论（直戳微生物组研究与宏蛋白组的CP，你“锁了”吗？进入），今天小编就和大家一起看看宏蛋白组具体可以应用于哪些领域。 一、宿主体内微生物群与疾病研究 根据现有报道，微生物可能在多种疾病中发挥作用，比如牙周炎、炎症性肠病、肥胖、肺部疾病、抑郁症、阿尔兹海默症、大肠癌等。其原因可能是微生物群落有益功能的缺乏或者有害微生物活动的存在。通过对宿主微生物多样性组成的充分认识和功能明确，有利于寻找到新的疾病早期诊断标志或者新的治疗靶点。 图1 宏蛋白组揭示MLI样本内微生物和宿主反应调控机制 样本类型：唾液，牙菌斑，龈沟液、黏膜与肠腔交界处（MLI）样本等。 参考文献案例： 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.（牙周炎的唾液样本中微生物的合作与竞争对宿主的影响） 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.（宏蛋白质组学揭开小儿炎症性肠病的新机制） 3).Long S,et al. Metaproteomics characterizes human gut microbiome function in colorectal cancer. NPJ Biofilms Microbiomes. 2020;6(1):14.（宏蛋白质组学揭示大肠癌发病机制和初步确定诊断生物标志物） 二、环境污染指标和污染处理 目前我们面临越来越多的环境污染问题，包括土壤污染、水体污染、空气污染等。这些环境中的微生物一方面可以作为污染指标和评价标准，另一方面也可以作为污染处理过程中的“清洁卫士”。例如：已有文献报道，土壤微生物指标是评价土壤污染程度的重要生物学指标之一；将宏蛋白质组学应用于污水生物处理领域，通过分析活性污泥中蛋白质，可以提供大量的关于微生物群落结构的信息，为污水生物处理的优化控制及工艺技术研究提供坚实的理论基础；空气微粒物质的宏蛋白质组分析提供了有关大气中生物气溶胶的特性及其对气候和公共卫生的影响的宝贵信息。 图2 宏蛋白组揭示嗜热菌群降解偶氮染料的代谢机制 样本类型：土壤、污泥、污水、在堆肥厂、废水处理厂和农业容器中收集的环境气溶胶样品等。 参考文献案例： 1).Sukul P, et al. Simple discovery of bacterial biocatalysts from environmental samples through functional metaproteomics. Microbiome. 2017;5(1):28.（通过宏蛋白质组学从环境样品中简单发现细菌生物催化剂） 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. （探索应用宏蛋白质组学技术跟踪活性污泥中双酚A和壬基酚降解的潜力） 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.（综合宏基因组和宏蛋白质组揭示了嗜热菌群降解偶氮染料的潜在机理） 4).Piovesana S, et al. Development of an Analytical Method for the Metaproteomic Investigation of Bioaerosol from Work Environments. Proteomics. 2019;19(23):e1900152.（通过宏蛋白组研究工作环境中生物气溶胶的发展） 三、发酵工程 发酵食品体系作为一个独特的微生态系统，其中的微生物群落结构复杂、功能多样，与发酵食品的品质和风味有直接关系。深入剖析发酵食品中的微生物群落结构为进一步改进食品发酵工艺、探究食品风味形成机理提供了理论基础。 能源是人类社会进步与经济发展的重要物质基础。微生物技术在新能源开发领域中有广阔的应用潜力，对能源的可持续发展具有重要的理论和显示意义。通过对能源发酵微生物的功能研究有利于优化高质量生物燃料的生产工艺。 图3 宏蛋白组揭示噬菌体对沼气过程和沼气池营养循环的影响 样本类型：黄酒麦曲浸提物，大酱，白酒窖泥，植物厌氧发酵液等。 参考文献案例： 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.（微生物群的宏蛋白质组学研究浸水培养生产酒精酒醋） 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.（东北地区传统大酱和商品化大酱的转蛋白酶体特征及比较） 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. (饲喂和搅拌条件对厌氧消化植物发酵罐内微生物群落分层的影响) 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. (宏蛋白质组研究沼气植物中的微生物群落) 四、农作物（植物）研究 建立土壤差异宏蛋白质组学技术,并用于比较不同条件下土壤蛋白质表达量差异，植物蛋白差异，有利于进一步明确根际土壤微生态对植物生长活动带来的影响。 图4 蛋白质组学数据推断的根际土壤蛋白质代谢模型 样本类型：根际土等 参考文献案例： 1).Khatabi B, et al. Plant-Microbe Symbiosis: What Has Proteomics Taught Us?. Proteomics. 2019;19(16):e1800105. （蛋白组研究了解植物与微生物之间的共生关系） 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.（氮肥通过改变水稻根际细菌群落结构，提高作物产量） 3).Renu, Gupta SK, Rai AK, et al. Metaproteomic data of maize rhizosphere for deciphering functional diversity. Data Brief. 2019;27:104574.（玉米根际的宏蛋白组研究用于解释功能的多样性） 以上是我们整理的部分微生物宏蛋白组应用实例，下方附微生态研究方向汇总表，供各位老师收藏，以供参考。派森诺生物，专注研究微生物近10载，更多微生物研究资料可扫描下方二维码获取。 微生态研究方向一览表：
