Wu Enhui, Qiao Liang*
Departamento sa Chemistry, Fudan University, Shanghai 200433, China
Ang mga mikroorganismo suod nga nalangkit sa mga sakit ug kahimsog sa tawo. Kung unsaon pagsabot ang komposisyon sa mga komunidad sa microbial ug ang ilang mga gimbuhaton usa ka dakong isyu nga kinahanglang tun-an dayon. Sa bag-ohay nga mga tuig, metaproteomics nahimong usa ka importante nga teknikal nga paagi sa pagtuon sa komposisyon ug function sa microorganisms. Bisan pa, tungod sa pagkakomplikado ug taas nga heterogeneity sa mga sample sa komunidad sa microbial, pagproseso sa sample, pagkuha sa datos sa mass spectrometry ug pag-analisar sa datos nahimong tulo ka dagkong mga hagit nga giatubang karon sa metaproteomics. Sa metaproteomics analysis, kasagaran gikinahanglan ang pag-optimize sa pretreatment sa lain-laing klase sa sample ug pagsagop sa lain-laing microbial separation, enrichment, extraction ug lysis schemes. Sama sa proteome sa usa ka espisye, ang mass spectrometry data acquisition modes sa metaproteomics naglakip sa data-dependent acquisition (DDA) mode ug data-independent acquisition (DIA) mode. Ang DIA data acquisition mode hingpit nga makakolekta sa peptide nga impormasyon sa sample ug adunay dako nga potensyal sa pag-uswag. Bisan pa, tungod sa pagkakomplikado sa mga sample sa metaproteome, ang pag-analisar sa datos sa DIA niini nahimo nga usa ka dakong problema nga nagpugong sa lawom nga pagsakup sa metaproteomics. Sa mga termino sa pagtuki sa datos, ang labing hinungdanon nga lakang mao ang pagtukod sa usa ka database sa pagkasunod-sunod sa protina. Ang gidak-on ug pagkakompleto sa database dili lamang adunay dako nga epekto sa gidaghanon sa mga pag-ila, apan makaapekto usab sa pagtuki sa mga espisye ug functional nga lebel. Sa pagkakaron, ang bulawan nga sumbanan alang sa pagtukod sa usa ka metaproteome database kay usa ka protina sequence database base sa metagenome. Sa samang higayon, ang pamaagi sa pagsala sa publiko nga database base sa iterative search napamatud-an usab nga adunay lig-on nga praktikal nga bili. Gikan sa panan-aw sa piho nga mga estratehiya sa pag-analisa sa datos, ang mga pamaagi sa pagtuki sa datos sa DIA nga nakasentro sa peptide nag-okupar sa usa ka hingpit nga mainstream. Uban sa pag-uswag sa lawom nga pagkat-on ug artipisyal nga paniktik, kini makapauswag pag-ayo sa katukma, pagsakup ug katulin sa pagtuki sa macroproteomic data analysis. Sa mga termino sa pag-analisar sa downstream bioinformatics, usa ka serye sa mga himan sa annotation ang naugmad sa bag-ohay nga mga tuig, nga makahimo sa anotasyon sa mga espisye sa lebel sa protina, lebel sa peptide ug lebel sa gene aron makuha ang komposisyon sa mga komunidad sa microbial. Kung itandi sa ubang mga pamaagi sa omics, ang functional analysis sa microbial nga mga komunidad usa ka talagsaon nga bahin sa macroproteomics. Ang Macroproteomics nahimong importante nga bahin sa multi-omics analysis sa microbial nga mga komunidad, ug aduna pa'y dakong potensyal sa pag-uswag sa mga termino sa giladmon sa coverage, pagkasensitibo sa detection, ug pagkakompleto sa pagtuki sa datos.
01 Sample nga pretreatment
Sa pagkakaron, ang teknolohiya sa metaproteomic kay kaylap nga gigamit sa panukiduki sa microbiome sa tawo, yuta, pagkaon, kadagatan, aktibo nga putik ug uban pang mga umahan. Kung itandi sa pag-analisa sa proteome sa usa ka espisye, ang sample nga pretreatment sa metaproteome sa mga komplikado nga sample nag-atubang og daghang mga hagit. Ang komposisyon sa microbial sa aktuwal nga mga sample komplikado, ang dinamikong sakup sa kadagaya dako, ang istruktura sa cell wall sa lainlaing mga lahi sa mga microorganism lahi kaayo, ug ang mga sample kanunay adunay daghang mga protina sa host ug uban pang mga hugaw. Busa, sa pag-analisa sa metaproteome, kasagaran gikinahanglan ang pag-optimize sa lain-laing matang sa mga sample ug pagsagop sa lain-laing microbial separation, enrichment, extraction ug lysis schemes.
Ang pagkuha sa microbial metaproteomes gikan sa lain-laing mga sample adunay pipila ka mga kaamgiran ingon man sa pipila ka mga kalainan, apan sa pagkakaron adunay kakulang sa usa ka hiniusang proseso sa pre-processing alang sa lain-laing mga matang sa metaproteome sample.
02Pagkuha sa datos sa mass spectrometry
Sa shotgun proteome analysis, ang peptide mixture human sa pretreatment una nga gibulag sa chromatographic column, ug dayon mosulod sa mass spectrometer alang sa data acquisition human sa ionization. Susama sa usa ka espisye sa proteome analysis, ang mass spectrometry data acquisition modes sa macroproteome analysis naglakip sa DDA mode ug DIA mode.
Uban sa padayon nga pag-uli ug pag-update sa mga instrumento sa mass spectrometry, ang mga instrumento sa mass spectrometry nga adunay mas taas nga pagkasensitibo ug resolusyon gipadapat sa metaproteome, ug ang giladmon sa pagsakup sa metaproteome analysis padayon usab nga gipauswag. Sa dugay nga panahon, usa ka serye sa mga high-resolution nga mass spectrometry nga mga instrumento nga gipangulohan sa Orbitrap kay kaylap nga gigamit sa metaproteome.
Ang talaan 1 sa orihinal nga teksto nagpakita sa pipila ka representante nga mga pagtuon sa metaproteomics gikan sa 2011 hangtod karon sa termino sa sample type, analysis strategy, mass spectrometry instrument, acquisition method, analysis software, ug gidaghanon sa mga identification.
03Pagtuki sa datos sa mass spectrometry
3.1 Istratehiya sa pagtuki sa datos sa DDA
3.1.1 Pagpangita sa Database
3.1.2de novoestratehiya sa pagkasunodsunod
3.2 Istratehiya sa pagtuki sa datos sa DIA
04 Klasipikasyon sa mga espisye ug functional annotation
Ang komposisyon sa mga komunidad sa microbial sa lainlaing lebel sa taxonomic usa sa mga hinungdan nga lugar sa panukiduki sa panukiduki sa microbiome. Sa bag-ohay nga mga tuig, usa ka serye sa mga himan sa anotasyon ang gihimo aron i-annotate ang mga espisye sa lebel sa protina, lebel sa peptide, ug lebel sa gene aron makuha ang komposisyon sa mga komunidad sa microbial.
Ang esensya sa functional annotation mao ang pagtandi sa target nga pagkasunod-sunod sa protina sa functional nga database sa pagkasunod-sunod sa protina. Gamit ang mga database sa function sa gene sama sa GO, COG, KEGG, eggNOG, ug uban pa, lain-laing functional annotation analysis ang mahimo sa mga protina nga giila sa macroproteomes. Ang mga himan sa anotasyon naglakip sa Blast2GO, DAVID, KOBAS, ug uban pa.
05 Sumaryo ug Panglantaw
Ang mga mikroorganismo adunay hinungdanon nga papel sa kahimsog ug sakit sa tawo. Sa bag-ohay nga mga tuig, metaproteomics nahimong usa ka importante nga teknikal nga paagi sa pagtuon sa function sa microbial komunidad. Ang analytical nga proseso sa metaproteomics susama sa single-species proteomics, apan tungod sa pagkakomplikado sa research object sa metaproteomics, ang piho nga mga estratehiya sa panukiduki kinahanglan nga gamiton sa matag lakang sa pagtuki, gikan sa sample pretreatment, data acquisition ngadto sa data analysis. Sa pagkakaron, salamat sa pag-uswag sa mga pamaagi sa pretreatment, ang padayon nga pagbag-o sa mass spectrometry nga teknolohiya ug ang paspas nga pag-uswag sa bioinformatics, ang metaproteomics nakahimo og dakong pag-uswag sa giladmon sa pag-ila ug sa sakup sa aplikasyon.
Sa proseso sa pre-treatment sa macroproteome samples, ang kinaiya sa sample kinahanglan nga tagdon una. Giunsa ang pagbulag sa mga mikroorganismo gikan sa mga selula sa kalikopan ug mga protina usa sa hinungdanon nga mga hagit nga giatubang sa mga macroproteome, ug ang balanse tali sa pagkaayo sa pagbulag ug pagkawala sa microbial usa ka dinalian nga problema nga sulbaron. Ikaduha, ang pagkuha sa protina sa mga microorganism kinahanglan nga maghunahuna sa mga kalainan nga gipahinabo sa heterogeneity sa istruktura sa lainlaing mga bakterya. Ang mga sampol sa macroproteome sa trace range nanginahanglan usab ug piho nga pamaagi sa pre-treatment.
Sa termino sa mass spectrometry nga mga instrumento, ang mainstream mass spectrometry instruments nakaagi ug transisyon gikan sa mass spectrometers base sa Orbitrap mass analyzers sama sa LTQ-Orbitrap ug Q Exactive ngadto sa mass spectrometers base sa ion mobility inubanan sa time-of-flight mass analyzers sama sa timsTOF Pro . Ang timsTOF nga serye sa mga instrumento nga adunay impormasyon sa dimensyon sa paglihok sa ion adunay taas nga katukma sa detection, ubos nga limitasyon sa detection, ug maayo nga repeatability. Anam-anam na silang nahimong importanteng instrumento sa lain-laing natad sa panukiduki nga nagkinahanglan sa mass spectrometry detection, sama sa proteome, metaproteome, ug metabolome sa usa ka espisye. Angay nga matikdan nga sa dugay nga panahon, ang dinamikong hanay sa mga instrumento sa mass spectrometry naglimite sa giladmon sa pagsakup sa protina sa panukiduki sa metaproteome. Sa umaabot, ang mga instrumento sa mass spectrometry nga adunay mas dako nga dinamikong hanay makapauswag sa pagkasensitibo ug katukma sa pag-ila sa protina sa mga metaproteome.
Para sa mass spectrometry data acquisition, bisan tuod ang DIA data acquisition mode kaylap nga gisagop sa proteome sa usa ka espisye, kadaghanan sa kasamtangan nga macroproteome analysis naggamit gihapon sa DDA data acquisition mode. Ang DIA data acquisition mode hingpit nga makakuha sa fragment ion nga impormasyon sa sample, ug itandi sa DDA data acquisition mode, kini adunay potensyal nga hingpit nga makuha ang peptide nga impormasyon sa macroproteome sample. Bisan pa, tungod sa taas nga pagkakomplikado sa datos sa DIA, ang pag-analisar sa datos sa macroproteome sa DIA nag-atubang gihapon sa daghang mga kalisdanan. Ang pag-uswag sa artificial intelligence ug lawom nga pagkat-on gilauman nga mapauswag ang katukma ug pagkakompleto sa pagtuki sa datos sa DIA.
Sa pagtuki sa datos sa metaproteomics, usa sa mga yawe nga lakang mao ang pagtukod sa database sequence sa protina. Para sa mga sikat nga lugar sa panukiduki sama sa intestinal flora, intestinal microbial databases sama sa IGC ug HMP mahimong magamit, ug maayo nga mga resulta sa pag-ila ang nakab-ot. Alang sa kadaghanan sa ubang mga pag-analisar sa metaproteomics, ang labing epektibo nga estratehiya sa pagtukod sa database mao gihapon ang pag-establisar og usa ka sample-specific nga database nga han-ay sa protina base sa metagenomic sequencing data. Alang sa mga sample sa microbial nga komunidad nga adunay taas nga pagkakomplikado ug dako nga dinamikong hanay, gikinahanglan nga madugangan ang giladmon sa pagkasunodsunod aron madugangan ang pag-ila sa mga espisye nga ubos ang kadagaya, sa ingon nagpauswag sa pagsakup sa database sa pagkasunod-sunod sa protina. Kung kulang ang sequencing data, ang usa ka iterative nga pamaagi sa pagpangita mahimong magamit aron ma-optimize ang publiko nga database. Bisan pa, ang pag-ulit nga pagpangita mahimong makaapekto sa pagkontrol sa kalidad sa FDR, busa ang mga resulta sa pagpangita kinahanglan nga susihon pag-ayo. Dugang pa, ang paggamit sa tradisyonal nga mga modelo sa pagkontrol sa kalidad sa FDR sa pag-analisa sa metaproteomics angayan pa nga susihon. Sa termino sa estratehiya sa pagpangita, ang hybrid spectral library nga estratehiya makapauswag sa giladmon sa pagsakup sa DIA metaproteomics. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang gitagna nga spectral library nga namugna base sa lawom nga pagkat-on nagpakita sa labing maayo nga pasundayag sa DIA proteomics. Bisan pa, ang mga database sa metaproteome kanunay nga adunay milyon-milyon nga mga pagsulod sa protina, nga nagresulta sa usa ka dako nga sukod sa gitagna nga spectral nga mga librarya, nagkonsumo sa daghang mga kapanguhaan sa pag-compute, ug nagresulta sa usa ka dako nga lugar sa pagpangita. Dugang pa, ang pagkaparehas tali sa mga han-ay sa protina sa metaproteomes magkalainlain kaayo, nga nagpalisud sa pagsiguro sa katukma sa spectral nga modelo sa prediksyon sa librarya, mao nga ang gitagna nga spectral nga mga librarya wala pa kaylap nga gigamit sa metaproteomics. Dugang pa, ang bag-ong inference sa protina ug mga estratehiya sa anotasyon sa klasipikasyon kinahanglan nga maugmad aron magamit sa metaproteomics analysis sa labi ka pagkasunod-sunod nga parehas nga mga protina.
Sa katingbanan, isip us aka us aka us aka teknolohiya sa panukiduki sa microbiome, ang teknolohiya sa metaproteomics nakab-ot ang hinungdanon nga mga resulta sa panukiduki ug adunay usab daghang potensyal sa pag-uswag.
Oras sa pag-post: Ago-30-2024