哈佛研究人員開發(fā)快速鑒定微生物酶的新工具

 美國哈佛大學(xué)計(jì)算生物學(xué)和生物信息學(xué)研究人員開發(fā)了一個(gè)新工具有助于更準(zhǔn)確地鑒定微生物中存在的酶，并量化其相對(duì)豐度。該研究成果發(fā)表在2017年2月10日《科學(xué)》期刊。
盡管經(jīng)過多年的努力，包括完成對(duì)數(shù)千名志愿者腸道微生物的測序工作，此類微生物群落中絕大多數(shù)（85%）的蛋白質(zhì)功能仍是未知。其中多數(shù)蛋白可能是酶。人類腸道微生物組中未表征的酶參與的化學(xué)過程對(duì)于人類健康至關(guān)重要，但目前對(duì)其知之甚少。這限制科學(xué)家對(duì)該群落的功能及其對(duì)宿主健康和疾病的影響的認(rèn)識(shí)。
通過將關(guān)于酶化學(xué)的信息結(jié)合到定量宏基因組學(xué)中，研究人員確定了健康人的微生物中甘氨酰自由基酶超家族的單個(gè)成員的豐度和分布。還鑒定了許多未表征的家族成員，它們廣泛分布在人體中，證明其具有重要的功能。實(shí)驗(yàn)證實(shí)它可以使共生腸道微生物代謝一種稱為4-羥基脯氨酸的氨基酸，這是膠原蛋白（人體中含量豐富的蛋白）的主要組成成分。已證實(shí)微生物可以利用這種氨基酸在人體腸道的厭氧環(huán)境中生長。沒有這類工具，由于許多酶共有的相似之處，在腸道微生物組中發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)非常困難。
通過準(zhǔn)確鑒定存在于微生物群落中的酶，體現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境反應(yīng)酶的特征，揭示廣泛的但此前并未關(guān)注的代謝活動(dòng)。鑒定和表征新的酶可以更好地認(rèn)識(shí)微生物群落的代謝過程及其對(duì)周圍生物和環(huán)境的影響。在本文中，研究人員只利用了來自健康人類的數(shù)據(jù)，借助新工具可以檢查各種患者群體、其他的蛋白超家族和其他微生物組。未來還可以通過比較來自健康個(gè)體和患有各種疾病的患者的微生物群中酶的豐度，可以發(fā)現(xiàn)腸道中的代謝活動(dòng)微生物組可能隨著疾病而變化，如果某些特定酶在特定疾病患者中特別豐富，它們可能是潛在的治療靶點(diǎn)。