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斯坦福大学医学院首次发现在人类微生物组中数千种小蛋白家族

文章来源: iNature       发布时间:2019-08-13

2019年8月8日,来自斯坦福大学医学院的Ami S. Bhatt 团队在Cell上发表题为“Large-Scale Analyses of Human MicrobiomesReveal Thousands of Small, Novel Genes”的文章,在人类微生物组中发现了 4000 多个新的小蛋白家族,有助于更全面地了解人类微生物组编码的完整编码潜力,这是了解微生物组在健康和疾病中的作用机制的基本步骤。


斯坦福大学医学院首次发现在人类微生物组中数千种小蛋白家族


人类微生物组被认为有助于维持健康,也与肥胖相关的癌症、阿尔茨海默氏症以及癌症疗法如何发挥作用有关。通过16S核糖体RNA测序宏基因组测序(WGS)阐明了人类相关微生物编码的显着遗传多样性,但将特定基因与表型联系起来的能力仍然落后。


人类微生物组被认为有助于维持健康,也与肥胖相关的癌症、阿尔茨海默氏症以及癌症疗法如何发挥作用有关。通过16S核糖体RNA测序宏基因组测序(WGS)阐明了人类相关微生物编码的显着遗传多样性,但将特定基因与表型联系起来的能力仍然落后。


将基因与表型联系起来的挑战之一是基因注释过程忽略了整个类别的潜在重要基因。小型开放阅读框(sORFs)和它们编码的小蛋白质(此处定义为长度为50个氨基酸的蛋白质)常常被忽略。很难将蛋白质编码ORF与众多随机框内基因组片段区分开来,因此大多数预测工具需要最小的ORF长度,导致数据库不完整。在突变筛选中,sORF不太可能被靶向,并且经典的生物化学方法通常不被优化以检测小蛋白质。最后,依赖于数据库的实验,例如质谱,如果它们的序列不存在于参考数据库中,将无法识别小蛋白质。


斯坦福大学医学院首次发现在人类微生物组中数千种小蛋白家族


研究人员历时 4 年,从人类、动物和环境中收集了大量的微生物组数据,并测序了其 DNA。他们比较了身体 4 个不同部位的 1773 个宏基因组,并开发了 “过滤器” 来识别可能的人类相关基因,然后对这些基因是否编码真正的蛋白质进行了测试。研究人员认为这些蛋白质中有一些足够小,如果其具有靶向和选择性抗菌活性等潜在的有益功能,可能具有向人体宿主细胞发出信号的能力,就可将其作为类似药物的分子,进行合成和使用。


总之,为了系统地鉴定小蛋白质,研究人员对来自四个不同身体部位的1,773个与人类相关的宏基因组进行了比较基因组学研究,描述了> 4,000个保守的蛋白质家族,其中大多数是新的;预计约30%的这些蛋白质家族是分泌的或跨膜的。超过90%的小蛋白质家族没有已知的结构域,并且几乎一半没有在参考基因组中代表。该研究表明,小蛋白质是高度丰富的,特别是人类微生物组的蛋白质可以执行以前没有报道过的各种功能。


斯坦福大学医学院首次发现在人类微生物组中数千种小蛋白家族


研究背景


人类微生物组被认为有助于维持健康,也与肥胖相关的癌症、阿尔茨海默氏症以及癌症疗法如何发挥作用有关。通过16S核糖体RNA测序宏基因组测序(WGS)阐明了人类相关微生物编码的显着遗传多样性,但将特定基因与表型联系起来的能力仍然落后。


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