研究人員發(fā)現 人體微生物組可以產生數以千計的微小蛋白質

你的身體是一個仙境。一個充滿了數萬億細菌的仙境，就是這樣。但它并不像聽起來那么可怕。事實上，有越來越多的證據表明，我們健康的許多方面都與我們的微觀同胞的組成和耐力密切相關，盡管究竟究竟是如何仍然不清楚。

現在，斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員已經發(fā)現，這些微生物搭便車 - 統稱為人類微生物組 - 產生的成千上萬的蛋白質如此之小，以至于他們在以前的研究中都沒有被注意到。這些蛋白質屬于超過4,000個新的生物家族，預計將參與其他過程中的戰(zhàn)爭，因為它們爭奪在令人垂涎的生物生態(tài)位中的首要地位，即微生物與其不知情的宿主之間的細胞間通信。 ，以及保持細菌快樂和健康的重要日常家政服務職責。

因為它們非常小 - 長度少于50 個氨基酸 - 蛋白質可能折疊成獨特的形狀，代表以前未鑒定的生物構建模塊。如果這些蛋白質的形狀和功能可以在實驗室中重建，它們可以幫助研究人員提高科學理解微生物組如何影響人類健康并為新藥物發(fā)現鋪平道路。

一篇描述研究結果的論文將于8月8日在Cell上發(fā)表。Ami Bhatt，醫(yī)學博士，博士，醫(yī)學和遺傳學助理教授，是資深作者。博士后學者Hila Sberro博士是第一作者。

'一個明顯的盲點'

“了解人體細胞與微生物組之間的界面至關重要，”Bhatt說。“它們如何溝通?細菌菌株如何保護自己免受其他菌株的侵害?這些功能可能存在于非常小的蛋白質中，這可能比在細胞外分泌更大的蛋白質更有可能。”

但蛋白質的微小尺寸使得使用傳統方法難以鑒定和研究它們。

Bhatt說：“當我們試圖預測哪些細菌DNA序列含有這些非常小的基因時，我們更容易犯錯誤而不是正確猜測。” “所以到現在為止，我們已經系統地忽視了它們的存在。這是一個明顯的盲點。”

對于沒有經驗的人來說，過度思考生活在我們每個人身上的大量細菌可能會令人生畏。與人體細胞相比，它們在人體內和體內的細胞數量要多得多。然而，這些小乘客很少是惡意的。相反，它們有助于我們的消化，補充我們的飲食，并通常讓我們在我們的高峰期運行。但在許多情況下，很難將這種伙伴關系背后的分子細節(jié)分開。

Bhatt和她的同事們想知道，他們所知道的小蛋白質中是否可以找到答案，這些蛋白質可能會通過其他專注于微生物組的研究所發(fā)揮作用。他們推斷，小蛋白質比它們的大表兄弟更有可能穿過細胞膜向鄰近宿主或細菌細胞傳遞信息或威脅。但是如何識別和研究這些微小的Houdinis?

“細菌基因組就像是一本長字母的書，其中只有一些編碼了制作蛋白質所必需的信息，”Bhatt說。“傳統上，我們通過搜索表明”開始“和”停止“信號的組合來識別本書中蛋白質編碼基因的存在，這些信號將基因夾在中間。這適用于較大的蛋白質。但是蛋白質越小，更有可能的是，這種技術會產生大量誤報，使結果變得混亂。“

一個大驚喜

為了解決這個問題，Sberro決定比較許多不同微生物和樣本中潛在的小蛋白編碼基因。她認為，在幾個物種和樣本中反復發(fā)現的那些更可能是真正的陽性。當她將分析應用于大型數據集時，Sberro沒有發(fā)現她和Bhatt預期的數百個基因，而是成千上萬。預測由基因編碼的蛋白質可以被分類成超過4,000個相關的組或家族，可能涉及關鍵的生物過程，例如細胞間通信和戰(zhàn)爭，以及保持細菌健康所必需的維護任務。

“老實說，我們不知道會發(fā)生什么，”Bhatt說。“我們對此沒有任何直覺。她發(fā)現成千上萬的新蛋白質系列確實令我們所有人感到驚訝。”

研究人員證實，這些基因編碼真正的蛋白質，通過顯示它們被轉錄成RNA并穿梭到核糖體中，用于所有生物體中蛋白質制造途徑中的翻譯關鍵步驟。他們現在正在與合作者一起學習更多有關蛋白質功能的信息，并找出那些對我們這種充滿腸道的地毯中的空間細菌有重要意義的蛋白質。他們認為，這些蛋白質可能成為人類使用的新抗生素或藥物。

“小蛋白質可以快速合成，可以被細菌用作生物開關，在功能狀態(tài)之間切換或觸發(fā)其他細胞的特定反應，”Bhatt說。“它們比較大的蛋白質更容易研究和操作，這可能促進藥物開發(fā)。我們預計這將成為研究生物學的一個有價值的新領域。”