為了了解細胞內的基因組信息和它們的生理機能之間的關系,重要的是要評估哪些基因在不同條件下積極參與產生蛋白質。收集這些信息的最直接的方式是,對細胞中存在的蛋白質進行定量測量。
隨著技術的進步,最近才使得絕對蛋白質水平的大規模測量成為可能。來自巴塞爾大學和蘇黎世大學(瑞士)、格羅寧根大學(荷蘭)的科學家們,聯手測量在22種不同條件下生長的大腸桿菌中的蛋白質。使用質譜法為基礎的蛋白質組學方法,他們不僅確定了存在哪些蛋白質,而且還確定了每個細胞中有多少個副本。
大型數據集
系統生物學教授Matthias Heinemann說,來自大規模數據集的結果,將激勵更多新的研究成果,他與巴塞爾大學的Alexander Schmidt一起協調實驗。他解釋說:“我們成功地分析了這些細胞中百分之90的蛋白質量。我們發現,有超過2300種不同的蛋白質,代表著4300個細菌基因中的超過一半。這使大腸桿菌中絕對定量的蛋白質數量增加了一倍。對于這些蛋白質中的一些,還沒有確定其功能。但是,通過研究超過22種不同生長條件下的表達模式,我們現在獲得了一個關于‘它們正在做什么’的線索。”
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蛋白質有非常不同的表達水平,從每個細胞平均超過100000個副本,到兩個、一個甚至更少的水平。Heinemann說:“首先,這表明我們的方法是多么的敏感,但它也會讓你想知道,在非常低的水平表達的蛋白質有什么功能,通過純粹的隨機效應,雖然一些基因可能是活躍的(從而隨機產生蛋白質),但我們并不排除一個細胞中一個蛋白單拷貝的一種適當功能。畢竟,其他的生物實體——顯示為單拷貝(如基因),也具有一種功能,研究還發現了對細菌蛋白質的新翻譯后適應性。
新問題
在這篇論文中描述的數據集,正在被其他科學家所使用,并引發了新的令人興奮的研究調查。作者指出:“我們的數據將作為新研究的參考數據,并已經促成了一些正待出版的研究結果。這個數據集可讓科學家們能夠提出并回答新的問題。”
對于這項研究,在不同條件下生長的細菌是在格羅寧根大學培養的。樣品被運到巴塞爾大學,蛋白質含量(包括膜結合蛋白)是通過質譜分析法分離和分析的。最后,整個團隊對這些結果進行了分析。