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群落分析

来源:      发布时间:1553483001

微生物实验室可以利用MALDI-TOF-TOF高通量细菌鉴定分析,提供样品中微生物群落组成研究数据。



MALDI-TOF-TOF质谱仪介绍

一、微生物菌种鉴定—“高大上”的细菌鉴定系统

  基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS)是近年来迅速发展壮大起来的一种新型软电离质谱技术,用于分析非挥发性生物大分子。该系统具有快速简便的工作流程和强大可靠的数据处理能力,是微生物鉴别与分类中的新技术,可以满足微生物快速鉴定与分类的需求。

  工作原理:样品与基质在靶盘上形成共结晶,利用激光作为能量来源辐射共结晶体,基质分子吸收能量与样品解吸附并使其电离,经过飞行时间检测器,将不同质荷比(m/z)的离子分开,形成细菌特异性的质谱图。用许多种已知标准菌株或来源分型明确的菌株建立参考细菌质谱图库,将待测细菌的质谱图与已有的质谱图进行比较,即可确定细菌种属。

  与现代传统的微生物鉴定技术相比,具有适应范围广、准确、灵敏、特异、鉴定快速、高通量、经济实惠等优点,一块靶板一次可以完成384个标本测试,快速高效。利用MALDI-TOF质谱仪,单个样品分析在1min之内就可以完成。因此,该设备不仅可应用于单个样品的鉴定,对多微生物群落的复杂样品,也具有快速、高效、准确的鉴定优势。

  目前,MALDI-TOF质谱仪已经逐渐应用到食品生产、临床诊断、环境监测以及压舱水检测等领域,对于微生物的菌种的鉴定具有革命性的重大意义。我实验室已配备岛津公司的MALDI-TOF-TOF,安装了梅里埃公司的细菌鉴定系统(SARAMIS),可以接受该方法的细菌鉴定委托业务,可提供待测微生物的蛋白质指纹谱图和鉴定结果。

二、蛋白质肽指纹图谱分析

  肽质量指纹谱分析(Peptide Mass Fingerprinting,PMF),也称肽指纹图谱,是目前蛋白质组研究中鉴定蛋白较为常用的方法。蛋白质组学研究是目前生命科学领域中的一大热点,其关键技术之一是如何得到准确的多肽指纹谱图,以保证蛋白质的准确性。不同的蛋白质经专一解后产生特定的肽段序列,采用生物质谱对肽混合物进行质量分析,结合数据库检索对库中的已知蛋白质进行鉴定。由于每种蛋白质的氨基酸序列(一级结构)都不同,蛋白质被酶水解后,产生的肽片段序列也各不相同,其肽混合物质量数亦具特征性,所以称为指纹谱,可用于蛋白质的鉴定,即用实验测得的蛋白质解肽段质量数在蛋白质数据库中检索,寻找具有相似肽谱的蛋白质。

  基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪技术是目前分析多肽指纹谱图中最常用的方法。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪,灵敏度高,谱峰简单,每个谱峰代表一种肽段;并且分析肽混合物时,能耐受适量的缓冲剂、盐,而且各个肽片几乎都只产生单电荷离子,总之该方法方便、快速、简捷、操作方便、定性准确、样品处理量大、费用低廉。该方法在我们实验室已经十分成熟,发表SCI及核心期刊文章多篇。

三、蛋白质的分析鉴定原理和程序

  蛋白质质谱鉴定的基本原理是蛋白质经过胰蛋白酶消化后,形成肽段混合物,在质谱仪中肽段电离形成带电离子,质谱分析器的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(M/Z)的肽段离子分离开来,经过检测器收集分离的离子,确定每个离子的M/Z值,因此,经过质量分析器可分析出每个肽段的M/Z,并输出蛋白质的一级质谱峰图,一级质谱可以提供谱峰图、肽段分子量、数据库检索结果等数据内容。

  离子选择装置自动选取强度较大肽段离子进行二级质谱分析,输出选取肽段的二级质谱峰图,通过和理论上蛋白质经过胰蛋白酶消化后产生的一级质谱峰图和二级质谱峰图进行比对而鉴定蛋白质。二级质谱可以提供质谱峰图、肽段分子量、数据库检索结果、肽段氨基酸序列等。

  采用MALDI-TOF/TOF技术在蛋白质鉴定方面,具有三个技术优势,一是高灵敏度,拥有纳克级别鉴定能力;二是高分辨率和精确度;三是兼容性强、易操作。我们可以提供蛋白质样品制备、蛋白质酶切、质谱鉴定和数据库检索、实验报告提交等方面的技术服务。

四、宏蛋白质组学分析

  蛋白质是基因功能的直接体现者。在微生物宏基因组数据的基础上,进一步开展其相应的蛋白质组成及功能的研究,将能够深入发掘微生物群体中功能分子的丰度分布和功能取向。

  过去几年中,宏基因组学和转录组学的研究发现,微生物群落与肥胖、糖尿病、心脑血管疾病以及高血压有密切的关系。一般而言,宏蛋白质组学依据宏基因组数据,通过质谱技术采集特定环境条件下微生物种群中全体蛋白质信息,探索微生物组成以及代谢方式,揭示微生物与人类健康之间的相互关系。那么如何开展这方面的工作呢?宏蛋白质组数据分析基本策略如下图所示:

宏蛋白质组学的应用实例:

1、宏蛋白质组研究可以探索并揭示环境中许多未知但具有重要作用的蛋白质。

2、宏蛋白质组揭示健康人肠道菌群的功能。

3、通过分析活性污泥中蛋白质,可以提供大量的关于微生物群落结构的信息,为污水生物处理的优化控制及工艺技术研究提供坚实的理论基础。

  蛋白质是生命活动的主要体现者,蛋白质组学的研究能够有效监测各类系统中蛋白的组成、数量及相互作用等。随着蛋白组学研究中样品制备方法及高通量测序技术的进步,宏蛋白组学必将在将来的研究中发挥更加重要的作用。