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編譯：微科盟-草重木雪，編輯：微科盟Emma、江舜堯。

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導讀

通過連接基因組和代謝信息，宏蛋白質(zhì)組學是理解微生物群落在空間和時間中如何發(fā)揮作用的重要途徑。國際宏蛋白質(zhì)組學社區(qū)很高興地宣布宏蛋白質(zhì)組學計劃的啟動(www.)，該計劃的目標是通過微生物組研究的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，促進宏蛋白質(zhì)組學基礎(chǔ)、進展和應(yīng)用的傳播。該計劃旨在成為新加入者和專家交流、標準化和加速該領(lǐng)域?qū)嶒灪蜕镄畔⒎椒ǖ闹行男畔屑~和公開會議場所。本評論文章在此邀請整個微生物社區(qū)加入，一起討論與其他學科潛在的協(xié)同作用，并共同促進方法創(chuàng)新，以獲得對微生物群落功能和動態(tài)的更深刻的見解。本文章為宏蛋白質(zhì)組學的進一步發(fā)展以及接下來將要從事蛋白質(zhì)組學的科研人員提供了指引。

論文ID

原名：The Metaproteomics Initiative: a coordinated approach for propelling the functional characterizationof microbiomes譯名：宏蛋白質(zhì)組學倡議：推動微生物群落功能表征的協(xié)調(diào)方法期刊：MicrobiomeIF：14.650
發(fā)表時間：2021.12通訊作者：Robert L.Hettich通訊作者單位：美國橡樹嶺國家實驗室

主要內(nèi)容

微生物群落是生物地球化學循環(huán)的主要驅(qū)動因素，是包括植物和動物在內(nèi)的生物圈的重要組成部分，也是人類健康的關(guān)鍵因素。高通量基因組測序技術(shù)揭示了微生物的巨大多樣性和微生物群系內(nèi)生態(tài)相互作用的復雜性。在過去，破譯這些復雜的微生物系統(tǒng)的功能一直是一項艱巨的挑戰(zhàn)，但由于最近的技術(shù)進步，使得深入研究這些生物分子的功能機制變得更加容易。宏蛋白質(zhì)組學就是這樣一種新興方法，它通過分析微生物群落內(nèi)微生物基因的時空表達和動力學，開始顯著提高我們對微生物組功能的理解。蛋白質(zhì)是代謝、內(nèi)穩(wěn)態(tài)、細胞分裂、營養(yǎng)物質(zhì)運輸、細胞間通訊、蛋白質(zhì)合成以及細胞和細胞外結(jié)構(gòu)構(gòu)建的主力。蛋白質(zhì)組定義了單個生物體中的一組蛋白質(zhì)，而宏蛋白質(zhì)組則包含了來自樣品或生態(tài)系統(tǒng)中各種微生物的一整套蛋白質(zhì)。因此，我們應(yīng)鑒定和量化大量蛋白質(zhì)，其中一些可能具有相對相似的序列，以獲得微生物組功能的表型相關(guān)知識。宏蛋白質(zhì)組學信息通過識別代謝酶和其他蛋白質(zhì)的時間和空間豐度，分別補充了通過宏基因組學和宏轉(zhuǎn)錄組學獲得的遺傳潛力和基因表達信息。在解釋生物系統(tǒng)的表型方面，宏蛋白質(zhì)組學也與代謝組學有很大的互補。重要的是，由于代謝酶之間的序列差異，宏蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了微生物組生態(tài)系統(tǒng)中“哪個生物體在做什么”，并能夠識別微生物組中負責給定代謝物豐度變化的特定成員。因此，宏蛋白質(zhì)組學在其他多組學方法中處于關(guān)鍵位置，以實現(xiàn)直接的基因型-表型聯(lián)系。特別是，它促進了核苷酸信息和代謝輸出之間的聯(lián)系。此外，結(jié)構(gòu)蛋白、生物膜蛋白組分和其他細胞外酶的鑒定將宏蛋白質(zhì)組學與其他組學區(qū)分開來，從而對微生物組功能有了獨特的見解。因此，宏蛋白質(zhì)組學為揭示微生物群落內(nèi)部的微生物網(wǎng)絡(luò)提供了可靠的數(shù)據(jù)，并為充分理解其與環(huán)境的相互作用提供了獨特的信息。宏蛋白質(zhì)組學可以捕獲所有生命領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，這對于理解宿主相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要，其中蛋白質(zhì)和肽代表著基本的“分子交換貨幣”。因此，宿主-共生體界面上的宏蛋白質(zhì)組學“快照”在描繪微生物和宿主相互相關(guān)的功能方面是獨一無二的。在過去的十年中，樣品制備、高分辨率肽/蛋白分離和分析以及數(shù)據(jù)解釋策略的改進極大地推動了宏蛋白質(zhì)組學的發(fā)展。事實上，宏蛋白質(zhì)組學主要通過基于分類群特異性肽的識別和量化的微生物群落功能評估，已經(jīng)幫助解決了一些原本非常復雜的研究問題。例如，在實驗室控制的反應(yīng)器中，用宏蛋白質(zhì)組學挑戰(zhàn)缺氧條件下土壤中積累的多酚是否在微生物中不可用；Olavius algarvensis是一種無內(nèi)臟的海洋蠕蟲，依靠其細菌共生體來應(yīng)對營養(yǎng)貧乏的環(huán)境，宏基因組學在其中突出了碳和能源使用的不尋常途徑；代謝綜合征患者的糞便宏蛋白質(zhì)組學揭示了腸道炎癥的水平以及細菌組成及其代謝的細微變化。1. 宏蛋白質(zhì)組計劃簡介雖然宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組方法共享一個相當統(tǒng)一和標準化的通用技術(shù)測量平臺，但宏蛋白質(zhì)組學的實驗協(xié)議要廣泛得多，并且正在積極開發(fā)中。這給評估以及比較結(jié)果和能力帶來了挑戰(zhàn)。此外，目前，宏蛋白質(zhì)組學受益于宏基因組的測序、組裝和注釋，以準確解讀數(shù)據(jù)。因此，要將宏蛋白質(zhì)組學推向前所未有的微生物組功能分析水平，需要一個擴展和協(xié)調(diào)的發(fā)展階段，在這個階段中，分析科學家、蛋白質(zhì)生物化學家、生物信息學家、統(tǒng)計學家、微生物學家和其他多組學專家之間的所有可能的協(xié)同作用都應(yīng)該得到利用。目前宏蛋白質(zhì)組學的積極勢頭對于這種轉(zhuǎn)變來說特別成熟。重要的是，微生物組研究社區(qū)需要通過改進的教育資源進行知識傳播，以便社區(qū)成員了解宏蛋白質(zhì)組學可以提供的可能性，并了解該領(lǐng)域的現(xiàn)實狀況。理想情況下，微生物組和宏蛋白質(zhì)組學社區(qū)應(yīng)該能夠通過配備了最先進的儀器和強大的數(shù)據(jù)分析專業(yè)知識的專業(yè)開放平臺，更容易地獲取最新的方法。如果我們提高標準，教育整個社區(qū)，并促進新的概念進步，從而促進宏蛋白質(zhì)組學的適用性，以解決廣泛的關(guān)鍵生物學問題，才能實現(xiàn)在方法學和數(shù)據(jù)分析方面進一步提升宏蛋白質(zhì)組學的積極影響。顯然，宏蛋白質(zhì)組學現(xiàn)在已經(jīng)足夠成熟，可成為當前和未來微生物研究項目中實驗設(shè)計的一個重要組成部分。越來越多使用宏蛋白質(zhì)組學的研究人員有機會在一些國際研討會上會面（2016年2月在德國馬格德堡、2017年6月在意大利阿爾蓋羅、2018年12月在德國萊比錫、2021年6月線上以及，2021年9月于盧森堡）并啟動了具體行動，例如培訓課程和實驗室間切磋。在過去的一年中，這個社區(qū)的成員經(jīng)常討論各種各樣的主題，例如需要一個地方讓新成員和專家可以討論和啟動新項目，希望將宏蛋白質(zhì)組學打造為功能分析的關(guān)鍵方法論選擇，建立和傳播這種方法的最佳選擇和標準的需要。這有助于制定路線圖，以評估處理更復雜項目的可能性，例如宏組學項目和涉及大量樣本和重復的數(shù)百種不同條件的時空研究，以增加深度和吞吐量進行分析。在撰寫本文時，這個國際社會匯集了來自15個國家/地區(qū)的48個研究小組的120多名成員，在歐洲蛋白質(zhì)組學協(xié)會 (EuPA,https://) 的支持下，提出了一項新倡議，歐洲國家蛋白質(zhì)組學學會聯(lián)合會，具有明確的使命和愿景聲明：“宏蛋白質(zhì)組學計劃通過微生物組研究中的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)促進宏蛋白質(zhì)組學基礎(chǔ)、進步和應(yīng)用的傳播。我們的目標是成為新來者和專家交流、標準化和加速該領(lǐng)域?qū)嶒灪蜕镄畔⒎椒ǖ闹行男畔屑~和開放會議場所’’。這將首先通過專用網(wǎng)站(https://) 和 Twitter 帳戶(@MetaP_Init)、演示文稿和其他教育資源、在線交流渠道、實驗室間切磋和定期座談會來實現(xiàn)。我們高興地宣布，截至2021年2月，宏蛋白質(zhì)組學倡議正式啟動，并得到EuPA的支持。我們相信，該倡議將受益于開放的結(jié)構(gòu)，促進與其他學科的交流和互動，并在與其他組學、數(shù)據(jù)科學和微生物學的交互上產(chǎn)生額外的協(xié)同效應(yīng)。通過這篇評論，我們邀請整個微生物社區(qū)加入這一倡議，并促進集體創(chuàng)新和整體的方法，以了解微生物組的功能。對已建立的宏蛋白質(zhì)組工作流程進行社區(qū)驅(qū)動、多實驗室比較的制定和執(zhí)行，“宏蛋白質(zhì)組研究關(guān)鍵評估”(CAMPI)研究，是宏蛋白質(zhì)組學倡議的第一個切實行動。CAMPI已經(jīng)比較了樣品制備、質(zhì)譜分析和生物信息學工作流程的數(shù)據(jù)分析。這種基準測試工作所產(chǎn)生的結(jié)果突出了分析過程中每一步的重要性。這種標桿工作不僅需要討論標準化實驗程序和數(shù)據(jù)處理工作流程的需求，還需要討論數(shù)據(jù)報告和數(shù)據(jù)共享方面的具體指南。CAMPI的努力也為隨后的實驗室間分析鋪平了道路，在實驗室間分析中，先進的方法問題將由整個社區(qū)的力量和多種專業(yè)知識來解決。在這方面，定義適當?shù)臉藴驶飿颖净蚧鶞蕯?shù)據(jù)集顯然是社區(qū)的重要任務(wù)。宏蛋白質(zhì)組學倡議已經(jīng)發(fā)起的其他主要活動包括(i) 2021年6月的首屆在線研討會，(ii)通過積極的溝通渠道在微生物群落中進行推廣，(iii)收集宏蛋白質(zhì)組學上的教程及講座，提供簡單及免費的高水準教育資源，(iv)建立一個協(xié)商一致的框架，以激勵、發(fā)起和協(xié)調(diào)開展具有明確目標和產(chǎn)出項目的開放工作組。為了實現(xiàn)其目標，宏蛋白質(zhì)組學倡議將支持為新手和高級用戶組織培訓課程，進一步在目前研究人員不足的地區(qū)推廣，定期組織新的CAMPI版本向所有志愿者開放，提出頭腦風暴會議和黑客馬拉松來解決特定的瓶頸，安排專門的圓桌會議，改進指導方針，推薦高質(zhì)量結(jié)果的衡量標準，建立一個平臺，使有關(guān)鍵科學問題的科學家可以與宏蛋白質(zhì)組學專家會面，以實現(xiàn)順暢高效的協(xié)作。如上所述，一個團結(jié)而強大的宏蛋白質(zhì)組學社區(qū)，以及它在許多學科交叉路口的成功引入，所帶來的好處是巨大的。盡管處于EuPA的管轄下，但宏蛋白質(zhì)組學倡議并不局限于特定的地理區(qū)域，并歡迎所有積極的想法和反饋。由于微生物組樣本令人費解的復雜性一直是宏組學方法學改進的重要驅(qū)動因素，宏蛋白質(zhì)組學中的開放挑戰(zhàn)有望進一步刺激基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組分析和蛋白質(zhì)組生物信息學的重大進步。由于有無數(shù)可能的應(yīng)用，宏蛋白質(zhì)組學方法被越來越多地使用，該領(lǐng)域正成為吸引年輕科學家的領(lǐng)域。事實上，在宏組學、數(shù)據(jù)科學、建模和微生物學的一個或多個相關(guān)領(lǐng)域接受過培訓的新一代科學家正在涌現(xiàn)。吸引、激勵和教育早期職業(yè)研究人員無疑是微生物群落的一個有益前景。

結(jié)論

雄心勃勃的長期計劃，如人類基因組計劃、歐洲綠色協(xié)議和人類大腦計劃，已經(jīng)推動了科學的邊界。旨在通過行星探索采樣和巨大的宏基因組學努力破譯海洋生物復雜性的多學科巨型Tara海洋項目是環(huán)境微生物學的標志性模型。國際人體微生物組標準項目也是提高人體微生物組領(lǐng)域數(shù)據(jù)質(zhì)量和優(yōu)化組學可比性的關(guān)鍵項目。這樣的長期框架為許多研究人員提供了具有挑戰(zhàn)性的目標、先進的研究基礎(chǔ)設(shè)施來推進方法和知識，以及對利益相關(guān)者、媒體和公眾具有吸引力的視野。宏蛋白質(zhì)組學倡議和其他微生物組學科的聯(lián)盟可能成為這樣一個長期的、前沿項目的基石，對微生物組生態(tài)系統(tǒng)功能和適應(yīng)進行全面的分子分析。通過其獨特的定位，我們相信宏蛋白質(zhì)組學倡議將為微生物研究的投資帶來盡可能高的回報。原文鏈接：  https://microbiomejournal./articles/10.1186/s40168-021-01176-w#citeas

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