蛋白質組學

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宏蛋白質組學

宏蛋白質組學

  • 所屬分類:特殊蛋白質組學
  • 瀏覽次數:
  • 發布日期:2021-01-04 13:40:25
  • 產品概述
  • 案例解析

宏蛋白組學是應用蛋白組學技術對微生物群落進行研究的一項新技術,在特定時間對微生物群落的所有蛋白組的組成進行大規模的鑒定。所研究種類非常多樣化,比如活性淤泥中的微生物,海洋微生物,土壤中的微生物,發酵食品中的微生物,腸道微生物,糞便、黏膜腔等。

宏蛋白質組分析的基礎來自于宏基因組測序的結果,其數據庫來源主要通過兩種手段:通過16s測序得到大體物種組成后在公共數據庫中提取相應物種序列數據庫進行整合;或者通過全基因組/轉錄組測序等手段深度測序樣品中的DNA/轉錄組信息。


樣品制備要點 

1.微生物組組成復雜、體系含有大量雜質,蛋白質提取需要針對性優化;

2.同一樣品中的微生物組性質不同,需要不同的提取和裂解方案(革蘭氏陰性菌/陽性菌);

3.外源性動物植物、人源蛋白、儲存過程中其他來源的微生物污染;

4.從復雜樣品中提取蛋白的難度較高,極容易大量損失蛋白或提取失??;

5.蛋白豐度跨度大,需要一套復雜有效的分離分析實驗策略。


質譜檢測

1.微生物組包含微生物種類繁多,蛋白豐度跨度大;

2.對質譜的掃描速度、分辨率、質量精度要求高;

3.一些常用的定量蛋白組技術可能出現不兼容。


數據搜索

1.缺乏微生物組蛋白數據庫;

2.樣品中的許多微生物至今未被鑒定,所以不管是依賴metaproteomIcs數據庫還是公共數據庫,都是不完整的

3.構建的數據庫過大,會增加錯誤率

4.為了達到較高的蛋白鑒定率,同時會獲取海量的譜圖及使用巨大的數據庫,導致數據分析時間漫長

5.由于微生物種群間的序列相似度較高,目前沒有可能將肽段準確的歸屬到完全特定的物種定量時,由于以上問題的存在,導致定量結果的整合更加困難


技術路線


技術優勢

1.相關領域專業技術團隊;

2.獨立研發改進的具有技術領先地位的操作方法;

3.多種微生物案例經驗累積;

4.強大的生物信息分析團隊。


應用領域

生物醫藥:腸道菌群與重大疾病關系研究

微生物領域:致病機理,耐藥機制,病原體-宿主相互作用研究等; 

臨床診斷:生物標志物,疾病機理機制,疾病分型,精準治療等。


宏蛋白組學案例解析


宏蛋白組學表征結直腸癌患者腸道微生物群功能

Metaproteomics characterizes human gut microbiome function in colorectal cancer


研究對象:大腸癌患者糞便             期刊:NPJ Biofilms Microbiomes

影響因子:7.067                            發表單位:上海復旦大學



研究背景

結直腸癌(CRC)的發病與腸道微生物群的改變有關。以往的研究主要集中在宏基因組學豐度的變化上。與健康人群相比,CRC患者腸道細菌功能的變化仍然是未知的。本文作者收集了CRC患者和健康志愿者的糞便樣本,并采用定量宏蛋白質組學對他們的微生物進行表征。

樣本策略:大腸癌患者以及健康對照者糞便

技術策略:TMT標記定量


結果速遞

1.收集到的大腸癌患者和健康志愿者的糞便樣本,借助宏蛋白質組定量標記的策略對微生物組進行表征,完成了30,062個腸道微生物蛋白的和195個微生物屬的鑒定。在這些蛋白質中,發現341個大腸癌患者和健康志愿者的豐度顯著不同,其中涉及:鐵攝入/轉運、氧化應激、DNA復制、重組和修復相關的微生物蛋白,這與CRC患者大腸內高濃度的鐵和高氧化應激密切相關。


2.在14對CRC患者/健康人的341個高度差異蛋白微生物蛋白中:124個在大腸癌患者中更為豐富,217個則在健康對照組中表現更為豐富。P/H變化倍數(FC)最大的10個蛋白來自嗜臭桿菌屬、真細菌屬、亞種嗜臭桿菌屬、擬桿菌屬和瘤胃球菌屬,以及梭狀芽孢桿菌屬。嗜臭桿菌中變化蛋白涉 及 DNA 結 合 、 DNA 整 合 和 DNA 重 組 。 P/H 變 化 倍 數( FC)最 小 的 10種 蛋 白 質 來 自 普 氏 菌 、 擬 桿 菌 、Lachnospira、厚壁菌、副細菌、Gordonibacter和梭菌, 如下圖。這些蛋白質與蛋白質折疊、跨膜轉運、天冬酰胺代謝、RNA結合或脂多糖合成有關。


3.蛋白數據與過去關于紅肉攝入導致大腸癌風險增加的報道高度一致,同時清除游離鐵可以抑制結直腸癌細胞的生長。另外,CRC患者腸腔高鐵濃度促進活性氧(ROS)的產生,導致高氧化應激。腸道細菌中超氧化物歧化酶(SODs)的濃度增加。過量的ROS可引起腸上皮細胞和益生菌DNA損傷,加速CRC的發生發展。


過去關于微生物組的表征分析主要集中在宏基因組的結論中,對大腸癌患者腸道菌群功能的變化仍然未知;本次研究為復雜疾病與微生物關系的認知打開了一個新的視野。


參考文獻

Long Shuping,Yang Yi,Shen Chengpin et al. Metaproteomics characterizes human gut microbiome function in colorectal cancer.[J] .NPJ Biofilms Microbiomes, 2020, 6: 14.


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