近日🌂，中國科協和美國科學促進會共同創辦的綜合性科技期刊《Research》在線發表了EON体育4平台肖華課題組與合作者的研究論文《肺癌口腔微生物組的宏蛋白質組學深度分析》（In-Depth Metaproteomics Analysis of Oral Microbiome for Lung Cancer）。該論文創建了宏蛋白質組學研究新策略，從微生物功能的執行者——蛋白質的水平對微生物組開展了深入探究，實現了口腔微生物組的深度宏蛋白質組學解析，並為發現肺癌與微生物組紊亂之間的關系提供了新線索。該研究論文以EON体育4為第一單位💁🏽‍♀️🫵🏻，EON体育4平台博士畢業生姜曉騰和藥EON4張巖副教授為該論文的共同第一作者，EON体育4平台肖華教授、電子信息與電氣工程EON4曹成喜教授🈲、美國加州大學洛杉磯分校牙科EON4胡深教授為該論文的共同通訊作者。

圖1.口腔微生物組的宏蛋白質組學研究新策略

人類微生物組在維持體內穩態方面發揮著重要作用。作為人體內的第二大微生物菌群，口腔微生物組包含近800種微生物，非冗余基因多達2000萬個🧃。口腔微生物組作為連接外部環境與人體消化道和呼吸道的第一道樞紐，其組成和功能對人體內共生微生物的構成至關重要，其失調可導致包括肺癌在內的多種人體系統性疾病。因此👋🏽，對口腔微生物組開展深入研究具有重要意義。目前🪫，大多數肺癌相關的微生物組研究都是通過測序方法進行的🧑‍🦱，而基於物種分類變化的分析往往不能準確反映其功能上的改變。對微生物組的功能特性進行表征是理解其在疾病中發揮作用的關鍵因素。功能分析依賴於蛋白質檢測🫲，這是基於質譜的宏蛋白質組學的優勢🫕。

然而，口腔微生物的宏蛋白質組學研究目前還處於初級階段，其面臨的挑戰主要包括：(1)口腔微生物組樣本中包含大量宿主蛋白、細胞和細胞碎片，背景幹擾嚴重；(2)口腔微生物的組成結構復雜，缺少製備型微生物分離技術，使海量微生物肽段極易造成液相色譜-質譜的分離檢測達到飽和；(3) 口腔微生物的豐度動態範圍寬👨🏽‍⚖️，低豐度菌群易被掩蓋，極大限製了對低豐度物種的表征，往往需要依賴微生物培養，不利於不可培養微生物的分析；(4)缺乏高效的口腔微生物宏蛋白質組數據分析流程🕒。這些因素嚴重阻礙了對口腔微生物組的深度解析🧝🏿🏂🏻。為突破以上瓶頸🙎🏻‍♀️，研究人員發展了微生物樣本預處理新策略，構建了高分辨自由流等電聚焦電泳技術⚙️，實現了復雜微生物的分離🫅🏻、富集和製備，顯著提高了液相色譜-質譜對微生物組的蛋白質解析和鑒定能力，同時建立了整合的宏蛋白質組學分析模塊🪦，為深度挖掘微生物組的物種組成和其執行功能提供了全面的分析策略👨🏿‍🚒。

圖2.基於自由流等電聚焦電泳的宏蛋白組學鑒定結果

圖3.宏蛋白質組學分析微生物組的物種分類和功能

研究人員首先在樣品前處理階段利用差速離心和雙濾膜過濾法，有效地將樣品中的宿主細胞和蛋白與微生物進行分離，顯著降低了宿主蛋白對微生物鑒定的幹擾，提高了微生物的蛋白鑒定數量和實驗重現性🍷。其次，研究人員構建了適合復雜微生物分離製備的電泳體系🦸🏻‍♀️，同時實現了對低豐度微生物的富集🌍，進一步提升了微生物蛋白的鑒定效率👧，將口腔微生物蛋白的鑒定數量提高了新水平。再次🙎‍♀️🙀，通過整合的宏蛋白質組學數據處理工具，研究人員不僅對口腔微生物組的蛋白質功能進行了探究👕，還對微生物的物種構成和各物種所執行的功能進行了聯合分析。最後，研究人員系統比較了肺癌患者口腔微生物組與正常對照組的差異，發現並驗證了兩種在肺癌中執行紊亂功能的口腔微生物。該研究創建的宏蛋白質組學新策略將有助於全面分析復雜微生物組所執行的功能，並為深入探究微生物組與疾病的關系提供了新工具。

圖4.肺癌組與正常對照組口腔微生物分析

該研究得到了國家重點研發計劃👩🏻‍🦼‍➡️、國家自然科學基金面上項目、基金委國家重大科研儀器研製項目📧👩🏼‍⚖️、上海市自然科學基金等項目支持。

論文鏈接：https://spj.sciencemag.org/journals/research/2022/9781578/