- 首頁 ＞ 宏蛋白組
宏蛋白組
2004 年，Paul 和 Philip 首次提出“宏蛋白質組學”概念。一般而言，宏蛋白質組學依據宏基因組數據，通過質譜技術采集特定環境條件下微生物種群中全體蛋白質信息，探索微生物組成以及代謝方式，揭示微生物與環境之間的相互關系。宏蛋白質組可以提供功能信息，反映活性菌群真實功能，揭示微生物功能以及材料與微生物群落之間的相互作用。
根據樣本來源，主要為宿主樣本、環境樣本，以及部分工業樣本。宿主樣本來源包括醫學和農學方向，醫學方向主要是與人體健康相關的共生微生物，包括腸道微生物（與肥胖、高血壓、糖尿病等復雜疾病相關）、呼吸道微生物、生殖道微生物、甚至含量較低的皮膚微生物。農學方向主要來源與植物生產相關的菌根微生物等。環境樣本的來源更加廣泛，包括土壤、水體、空氣和特殊環境等。工業樣本包括發酵液、酒曲等。
產品優勢
- 項目經驗豐富，執行樣本數包括：水體，藻類，大曲，酒醅，糞便，發酵液，土壤等；
- 技術權威有保證，參與全球實驗室質評和 DIA 標準共建，參與人類蛋白組計劃；
- 華大質譜平臺參與人類蛋白質組計劃（Human Proteome Project，HPP），負責第 20 號染色體的蛋白質組工作；
- 自主/參與發表多篇宏蛋白領域文章。
1.Metabolic tuning of a stable microbial community in the surface oligotrophic Indian Ocean revealed by integrated meta-omics
2.Metaproteomics reveals nutrient availability shaping distinct microbial community and metabolic niche in the nutrient-depleted and replete layers of an oligotrophic euphotic zone
3.Elucidating colony bloom formation mechanism of a harmful alga Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae) using metaproteomics
4. Comparative metaproteomics reveals functional differences in the blooming phytoplankton Heterosigma akashiwo and Prorocentrum donghaiense
產品應用
- 疾病診斷和治療
- 藥物研發
- 食品安全檢測
- 農業生產
- 生態環境監測
技術路線
根據研究目的對樣本進行采集，提取可以獲取用于后續宏蛋白檢測的蛋白質樣本；然后將蛋白酶解成肽段；隨后采用DIA 蛋白質組定量進行質譜檢測，最后對檢測數據進行物種分類和功能注釋等分析。
圖1 技術流程
圖2 信息分析流程
案例一、宏蛋白組等多組學定義克羅恩病亞型的分析特征[1]
實驗背景：
克羅恩病 (CD) 是炎癥性腸病 (IBD) 的一類，由宿主細胞與其常駐腸道微生物之間的病理相互作用引起。臨床上根據克羅恩病的病變部位可分為回腸型 (ICD)、結腸型 (CCD) 和回結腸型 (ICCD)。腸道菌群作為 IBD 生物標志物和治療靶點的潛力受到廣泛認可,但對微生物-宿主相互作用的差異如何影響 CD 臨床亞型缺乏深入的了解。
實驗設計：
采集 182 例患者的糞便，包含 103 例 CD 患者，60 例潰瘍性結腸炎（UC）患者，19 名健康對照。通過宏蛋白組學、宏基因組測序、16S 測序、代謝組學方法展開分析，進一步結合宿主遺傳學與臨床內窺鏡評估,定義了 CD 臨床亞型的特征。
圖1 樣本設置和實驗設計
主要結論：
研究證明糞便宏蛋白組學對 CD 亞型的區分能力優于基因水平。16S 序列變異體和宏基因組數據未能區分 CD 亞型，而宏蛋白組學和代謝組學數據可以顯著區分 ICD 和 CCD 亞型。進一步整合多組學數據集建立的機器學習分類模型能夠預測各種臨床相關類別，包括 IBD 亞型、病變部位、嚴重程度和潰瘍大小。
CCD 亞型的多組學特征揭示中性粒細胞和微生物相關的蛋白水解活性增加。
ICD 改變的微生物群落組成可能在很大程度上受到膽汁酸水平升高的影響，有益微生物如 F.prausnitzii 的喪失導致 Gammaproteobacteria 和 Blautiasp 的水平增加。
確定特定病變部位嚴重程度相關標志物 Gelsolin。
圖2 CCD 亞型的多組學特征
案例二、利用宏蛋白組學研究有害藻類褐囊藻藻華形成機制[2]
實驗背景：
褐囊藻是一種全球分布的原體屬植物，通常會形成大量有害的藻華，影響海洋生態系統、海水養殖、人類健康，甚至威脅沿海核電站的安全。然而，從孤立細胞形成群落的機制仍然知之甚少。本研究采用宏蛋白質組學方法研究了北部灣亞熱帶地區球形褐囊藻 (Phaeocystis globosa) 在球形假單胞和非鞭毛細胞兩個階段的代謝過程。
實驗設計：
研究比較了北部灣亞熱帶地區球形褐囊藻在球形假單胞和非鞭毛群體細胞階段的整體蛋白表達譜，并利用宏蛋白質組學方法表征了與形成相關的關鍵代謝過程。
主要結果：
溫度與褐囊藻藻華的形成有顯著相關性，且在溫度 ≥21℃ 時，具有豐富微管蛋白和動力蛋白等鞭毛相關蛋白的鞭毛運動單細胞是單細胞期的唯一細胞形態。當溫度降至 <21℃ 時，鞭毛相關蛋白下調，而膠質基質關鍵成分糖胺聚糖 (glycosaminoglycan, GAG) 的生物合成、鏈式聚合和聚集相關蛋白上調，表明活性 GAG 生物合成在群落形成過程中起核心作用。此外，光利用、碳固定、氮同化和氨基酸和蛋白質合成也得到了加強，為 GAG 生物合成提供了充足的能量和底物。該研究表明，溫度誘導的能量和物質向 GAG 生物合成的重新分配是藻華形成的必要條件。
圖3 宏蛋白組分析結果
案例三、宏蛋白質組學揭示茅臺大曲微生物群落的風味奧秘[3]
實驗背景：
大曲是白酒釀造工藝中的核心發酵劑，由富含碳水化合物的原料（如大麥、小麥和豌豆）制成，含有復雜微生物群落。豐富的微生物群落和復雜的酶系，將原料中的淀粉和蛋白質轉化為糖、酒精以及其他風味物質，對酒的產量、質量和風味有重要影響。然而，不同類型大曲（白色、黃色和黑色）中微生物群落的組成和代謝活動尚不清楚。
實驗設計：
從貴州茅臺酒廠收集了春季、夏季和秋季生產的白色、黃色和黑色高溫大曲共 90 個樣本，每個季節白、黃、黑大曲各 10 個。將每個季節和類型的 10 個樣本混合成 1 個混合樣品（即總共 9 個混合樣品），對混合樣本進行宏基因組測序，建立用于宏蛋白質組學分析的蛋白質序列數據庫。使用 directDIA 對單個樣本進行宏蛋白質組學表征。
圖4 實驗設計
主要結果：
定量蛋白質組學分析發現不同類型（白色、黃色、黑色）大曲的微生物群落組成存在顯著差異。白色大曲顯示出更高的微生物多樣性和季節穩定性，而黃色和黑色大曲的微生物群落結構在不同季節之間存在顯著差異，表明它們對季節變化更為敏感。
進一步量化了與原料降解相關的主要微生物酶，包括淀粉酶、纖維素酶和蛋白酶。黃色大曲中具有較高豐度的糖化酶（如淀粉酶、纖維素酶和蛋白酶），表明其在原料降解方面具有更高的潛力，這與其在白酒生產中的主要作用相符合。
在黑色大曲中，發現 1,082 種蛋白質在不同季節之間的豐度存在顯著差異，其中 1,057 種在秋季豐度較高。這些差異蛋白質主要參與碳水化合物和氨基酸代謝，表明秋季黑色大曲在這些代謝途徑中具有更高的潛力。研究者還發現與糖酵解和檸檬酸循環相關的酶在秋季黑色大曲中豐度較高，這可能與提高酒精產量和風味化合物代謝有關。
圖5 黑色大曲微生物群不同季節碳水化合物代謝途徑相關的差異蛋白質
參考文獻：
[1] Location-specific signatures of Crohn's disease at a multi-omics scale. Microbiome. 2022
[2] Elucidating colony bloom formation mechanism of a harmful alga Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae) using metaproteomics. Sci Total Environ. 2023
[3] Quantitative metaproteomics reveals composition and metabolism characteristics of microbial communities in Chinese liquor fermentation starters. Front Microbiol. 2023
結果展示
送樣建議
樣本類型 | 送樣量級別 | 送樣量 |
糞便及腸道內容物 | 建議 | ≥50mg |
最低 | ≥25mg | |
酒曲、酒醅、大曲發酵物等 | 建議 | ≥500mg |
最低 | ≥200mg |
Q1：華大宏蛋白質組可以接受什么樣本類型？
A1：糞便，水體，藻類，大曲，酒醅，發酵液，土壤等。
Q2：目前華大宏蛋白組采用什么方法進行蛋白質組檢測？
A2：采用DIA 方法進行定量檢測。
Q3：做宏蛋白質組分析必須要有宏基因組數據嗎？
A3：是的，需要有宏基因組數據作為分析的數據庫。
