宏蛋白質(zhì)組學(xué)

研究微生物群落功能基因表達(dá)宏蛋白質(zhì)組學(xué)Contents宏蛋白質(zhì)組學(xué)的興起1蛋白質(zhì)組學(xué)的一般研究策略2宏蛋白質(zhì)組學(xué)面臨的挑戰(zhàn)和難點(diǎn)3宏蛋白質(zhì)組學(xué)未來(lái)的展望4宏蛋白質(zhì)組學(xué)的興起什么是宏蛋白質(zhì)組學(xué)？宏蛋白組學(xué)是應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)微生物群落進(jìn)行研究的一項(xiàng)新技術(shù)，在特定的時(shí)間對(duì)微生物群落的所有蛋白質(zhì)的組成進(jìn)行大規(guī)模的鑒定。宏蛋白質(zhì)組學(xué)的興起宏蛋白質(zhì)組學(xué)是近年來(lái)新出現(xiàn)的一種概念和研究技術(shù)，雖然現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)展的宏蛋白質(zhì)組學(xué)的研究很少。但是在特殊極端環(huán)境中功能基因表達(dá)、特殊功能蛋白質(zhì)的開(kāi)發(fā)、生態(tài)元素循環(huán)等研究領(lǐng)域，宏蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)初步展示了其強(qiáng)大的功能。宏蛋白質(zhì)組學(xué)的興起現(xiàn)代分子生物學(xué)揭示,自然界中微生物群落遠(yuǎn)比人們預(yù)期的復(fù)雜和多樣,大量的不可培養(yǎng)微生物是潛在的資源寶庫(kù),如何認(rèn)識(shí)這些不可培養(yǎng)微生物以及如何對(duì)其利用是值得研究者深入思考的問(wèn)題。2005年,美國(guó)一項(xiàng)針對(duì)切薩皮克海灣(Chesapeake)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究,被認(rèn)為是第一個(gè)研究純天然環(huán)境的宏蛋白質(zhì)組學(xué)工作,研究者利用濾膜收集了海灣不同水域的微生物群落,利用2D電泳展示了其蛋白質(zhì)組,并通過(guò)質(zhì)譜方法鑒定了部分蛋白。蛋白質(zhì)組學(xué)的一般研究策略早期環(huán)境微生物研究主要依賴于純培養(yǎng)技術(shù)，在過(guò)去的25年中，依靠純培養(yǎng)技術(shù)所進(jìn)行的研究揭示了一些有關(guān)環(huán)境微生物的組成及其多樣性的信息。但是，環(huán)境微生物僅有一小部分可培養(yǎng)，其余大多數(shù)為未培養(yǎng)微生物，宏基因組學(xué)的出現(xiàn)部分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的研究方法所存在的局限性。宏基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的一般研究策略宏基因組學(xué)其弊端也顯現(xiàn)出來(lái)：由于重復(fù)基因的存在、基因表達(dá)的時(shí)空特異性和蛋白質(zhì)修飾作用等原因，復(fù)雜環(huán)境條件下環(huán)境微生物基因特異性表達(dá)及其功能并不能通過(guò)宏基因組學(xué)的研究得到揭示，而這種信息往往是生態(tài)環(huán)境中最重要的部分宏蛋白質(zhì)組學(xué)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這個(gè)弊端。蛋白質(zhì)組學(xué)的一般研究策略不同環(huán)境含有高濃度有機(jī)物的水樣品進(jìn)行宏蛋白質(zhì)組成分析，并研究這些蛋白質(zhì)的來(lái)源及其在生態(tài)系統(tǒng)中的功能。對(duì)土壤樣品中的蛋白質(zhì)組成分析表明大多數(shù)蛋白質(zhì)是細(xì)菌蛋白質(zhì)，湖水表層水樣中78％的蛋白質(zhì)也來(lái)自細(xì)菌；而在森林采取的水樣中，來(lái)自植物，真菌和脊椎動(dòng)物的蛋白質(zhì)含量約是湖水樣品中的2倍。有趣的是，森林土壤中的細(xì)菌蛋白數(shù)量在冬天比夏天多。當(dāng)把所有發(fā)現(xiàn)的已知功能的蛋白質(zhì)進(jìn)行比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，在湖水和森林樣品中的蛋白質(zhì)組成存在不同。降解復(fù)雜分子的過(guò)氧化物酶只在來(lái)自森林土壤的水樣品中發(fā)現(xiàn)，而與甲烷合成有關(guān)的酶只在湖水樣品中發(fā)現(xiàn)。不同微生物群體及其功能不同，從而反應(yīng)出微生物生態(tài)系統(tǒng)的整體變化。蛋白質(zhì)組學(xué)的一般研究策略雙向電泳加生物質(zhì)譜的方法鑒定群落中各種蛋白的表達(dá)譜以及各蛋白表達(dá)程度的相對(duì)變化一般研究策略多維色譜與生物質(zhì)譜相結(jié)合的稱之為鳥(niǎo)槍法的技術(shù)路線。蛋白質(zhì)組學(xué)的一般研究策略研究方法大致為3步（1）從環(huán)境樣品中分離總蛋白質(zhì)組分，隨后進(jìn)行分餾與酶處理。（2）酶處理后的蛋白質(zhì)組分通過(guò)質(zhì)譜進(jìn)行定量，定性分析。（3）質(zhì)譜產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件及其它工具推斷出多肽的氨基酸序列，隨后通過(guò)蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，最后對(duì)所得的多肽進(jìn)行鑒定。表1概括了近年宏蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展情況，分別是五種微生物生態(tài)系統(tǒng)中微生物物種數(shù)量和對(duì)應(yīng)表達(dá)蛋白數(shù)量，說(shuō)明在一些極端環(huán)境下生存的微生物對(duì)對(duì)應(yīng)表達(dá)的蛋白質(zhì)較為豐富。宏蛋白質(zhì)組學(xué)面臨的挑戰(zhàn)和難點(diǎn)從海水、土壤等復(fù)雜環(huán)境樣品中提取還有很大困難。AMD生物膜和活性污泥，這些樣品中微生物多樣性較低，但是微生物生態(tài)學(xué)家對(duì)海水，土壤等這類復(fù)雜環(huán)境更有興趣，應(yīng)用目前的蛋白質(zhì)分離技術(shù)僅能對(duì)復(fù)雜環(huán)境樣品不到1％的蛋白質(zhì)組分進(jìn)行研究。另一個(gè)重要問(wèn)題是如何分離具有生物活性的蛋白質(zhì)。宏蛋白質(zhì)組學(xué)未來(lái)的展望在基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組這四個(gè)研究層次中，蛋白質(zhì)組學(xué)是最直接的對(duì)特定環(huán)境和時(shí)刻中生物功能本質(zhì)的研究，這種研究具有巨大的生物學(xué)意義。在得到一些我們感興趣的蛋白質(zhì)后，如何闡述其在生態(tài)環(huán)境中的功能及其作用方式，將是今后研究的熱點(diǎn)之一宏蛋白質(zhì)組學(xué)未來(lái)的展望宏蛋白質(zhì)組研究可以探索并揭示環(huán)境中許多未知但具有重要作用的蛋白質(zhì)。宏蛋白質(zhì)組研究可以用于開(kāi)發(fā)環(huán)境中一些特殊的生物分子。宏蛋白質(zhì)組學(xué)可以作為一種研究工具在微生物相互作用的研究中發(fā)揮作用?？偨Y(jié)和讀書(shū)感想蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承載者，一切生命活動(dòng)所涉及的所有反應(yīng)都需要酶的參與，而生命活動(dòng)是無(wú)處不在的。但是目前來(lái)看針對(duì)蛋白質(zhì)的研究卻充滿挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，難以擴(kuò)增，而且蛋白豐度差異較大，特別是對(duì)于大規(guī)模分析來(lái)說(shuō)，研究?jī)x器價(jià)格昂貴、體積巨大，限制了研究開(kāi)展的范圍。相信隨著越來(lái)越多的基因組序列的測(cè)定完成，各種組學(xué)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，以及新的高通量質(zhì)譜技術(shù)的出現(xiàn)，宏蛋白質(zhì)組學(xué)研究必然會(huì)越來(lái)越成熟，將在環(huán)境微生態(tài)、極端微生物、未知樣品檢測(cè)、醫(yī)學(xué)研究等方面發(fā)揮重要作用參考文獻(xiàn)[1]. Wilmes,P.,Bond,P.L.Metaproteomics:studyingfunctionalgeneexpressioninmicrobialecosystems[J].Trendsinmicrobiology,2006,14(2)92-97.[2]. 于仁濤,高培基,韓黎.宏蛋白質(zhì)組學(xué)研究策略及應(yīng)用[J].生物工程學(xué)報(bào),2009,25(7)961-967.[3]. 張搖曦.土壤宏蛋白質(zhì)組學(xué)在土壤污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2012,23(10)2923-2930.[4]. 郝純,劉慶華,楊俊仕.宏蛋白質(zhì)組學(xué):探索環(huán)境微生態(tài)系統(tǒng)的功能[J].2008.[5]. 馮美琴.