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Nature:科学家成功绘制出大肠杆菌的功能性蛋白质组蓝图 有望揭示细胞中不同基因的功能

日期:2020-12-16 14:38:00 来源: 生物谷 点击:

理解基因的工作机理以及其如何与另一个基因之间发生相互作用是从事生物学研究的科学家们想要实现的一个主要目标,当然了,这在方法和所需要的的实验数量上都能带来巨大的挑战,而最近的研究进展已经改变了科学家们绘制基因功能和相互作用图谱的能力,近日,一篇刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自欧洲分子生物学实验室等机构的研究人员通过研究开发了一种创新性的技术能同时测定成千上万个基因的活性;文章中,研究人员描述了这种新技术是如何帮助研究大肠杆菌的,同时研究人员以大肠杆菌为研究对象理解了其基因功能和基因互作之间的分子机制。

图片来源:Savitski team, Holly Joynes/EMBL

热蛋白质组分析揭示细菌细胞蛋白的功能

这项研究工作核心是热蛋白质组分析(TPP,thermal proteome profiling),该技术是研究者Mikhail Savitski及其团队于2014年所开发的,其所开发的原理基于暴露在热量中会促进蛋白质的结构分解,研究者将这种现象称之为“变性”(denature),蛋白质会变得不溶解,这也就是鸡蛋白煮熟后变成固体的原因了。

研究人员在活的大肠杆菌中使用了这种TPP方法,他们将细胞加热到不同的温度从而分析在每个温度下细胞中每种蛋白质中到底有多少是可溶解的,蛋白质变性的温度或能告诉研究人员一种蛋白质所处的状态,即其是否处于活性状态或能与药物或另外一种蛋白质发生相互作用,这是因为当参与到任何的相互作用过程中时,蛋白质的结构会发生改变,而且在变性之前,相同蛋白质的不同结构需要不同程度的热量。

文章中,研究人员对121种大肠杆菌突变体进行了这一实验,每个突变体菌株中都会移除一个脚印,随后研究者利用TPP技术对这些突变体进行了深度分析,并且观察细胞中所有蛋白质的表达方式以及其变性的温度,相关研究结果或能帮助研究人员分析每一种蛋白质的功能及其相互作用,这其中就包括数百种目前科学家们不太了解的蛋白质等。

研究必要蛋白质的困境

目前研究人员研究单一蛋白质常用的方法就是剔除编码该蛋白的基因并监测剔除后对细胞行为所产生的影响,然而诸如此类方法不可能用来研究必要的蛋白质,即细胞赖以生存的基因,因为这些基因的缺失会促进细胞发生死亡。这项研究中,研究人员所利用的技术代表着未来科学家研究必要蛋白质的功能又向前迈进了一大步,研究者André Mateus博士说道,我们发现,尽管这些蛋白质的水平在我们所研究的突变体中并未发生改变(这一特点会使得研究人员很难利用测定基因表达的方式来研究蛋白质的功能),但其热稳定性却会经常发生变化。必要蛋白质热稳定性会发生改变,或许是因为其活性发生了变化所致。

尽管本文研究是在大肠杆菌(科学家们研究最多的细菌物种)中进行的,但研究人员希望后期能在其它不太了解的生物体中应用相似的研究技术。研究人员的一个目标就是在人类肠道微生物组中进行相关研究,微生物组是组成肠道所有微生物的一种特殊生态系统,其是研究人员未来研究计划的一个重点方向,目前越来越多的研究表明,肠道微生物组与人类机体健康和疾病发生密切相关,其与人类大脑功能发挥,乃至机体免疫系统如何正常发挥作用密不可分。

原始出处:

Mateus, A., Hevler, J., Bobonis, J. et al. The functional proteome landscape of Escherichia coli. Nature (2020).doi:10.1038/s41586-020-3002-5



(责任编辑:xsq)

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