微生物蛋白質(zhì)組學

前言

　　本書我們嘗試重新組織了一批在微生物蛋白質(zhì)組學——整體功能生物學方面最有造詣的科學家，為這個學科提供一個總體概覽。目前還沒有一個科學團體能更好地理解和闡釋整個機體的生物學功能,因此,本書在這個幾乎是人跡罕至的領(lǐng)域中前進了很長一段距離，尤其在更多的細節(jié)和焦點問題方面。這本書旨在使專家和初學者能夠深入地探究這個迷人領(lǐng)域背后的東西,并且開始有意識地處理更加深奧的概念，比如,在一個最簡單的機體內(nèi)定義生命本身和生命的過程。薛定諤（Schr?dinger）在其作品《生命是什么》（What is life,劍橋大學出版社， 1945年）中,在定義包含必要信息的系統(tǒng)的性質(zhì)方面取得了顯著的進步,即他的非周期性晶體。不久之后, 冷泉港實驗室的Hershey （1908～1997）和他的助手Martha Chase （1923～2003）指出, 噬菌體病毒的脫氧核糖核酸（ DNA ）而不是蛋白質(zhì)承載著噬菌體的基因，也就是生命的密碼。在獲得與本教科書中相類似的大量關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)之后，我們現(xiàn)在能夠更進一步，可以提煉生命系統(tǒng)的共同特征,并進一步地定義生命自身的特性。這種定義能將我們對這些復(fù)雜現(xiàn)象的理解精確地限制在一些有限的參數(shù)中?！　≡谶^去的半個世紀里,隨著了解的更加深入,我們正逐漸認清這些精確地組成一個生命系統(tǒng)的數(shù)學限定和觀測限定。如微生物,因為相對簡單,它們成為廣泛的實驗研究的操作對象,這些研究針對兩個生物學的需求——改善疾病的預(yù)防和治療，以及更好地理解整個機體的生物學功能。在本書中,我們將看到大量很好的分析部分和整體模型的還原分析法例子。未來的工作將會面臨更加使人畏懼的任務(wù)，即在生命系統(tǒng)內(nèi)不同時空尺度上的這些信息之間建立更深入的聯(lián)系，和整個外界環(huán)境之間的聯(lián)系——所有這一切的目的都是為了生存和應(yīng)對環(huán)境壓力?！　〗酉聛韼资甑难芯糠较蛑饕铝τ谖⑸锏纳韺W、環(huán)境生態(tài)學和生物化學的研究，而從分子組成作為詳細知識庫的角度來看，我們研究機體整體行為的能力也僅僅是在最近10年才成為可能, 即從Fleishman等在1995年6月的“Science”上發(fā)表第一個細菌的基因組測序結(jié)果開始。巧合的是,也是在1995年6月, Wasinger等在科學期刊“Electrophoresis”上第一次使用并定義了蛋白質(zhì)組學。　　在過去的１０年中我們看到了應(yīng)用于微生物系統(tǒng)的基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學和系統(tǒng)建模。學術(shù)上和商業(yè)上的刺激無疑是這些研究的推動力,也就是第一次可以對全基因組、基因產(chǎn)物的分析進行預(yù)期并可以在嚴格條件（例如恒化器）下進行實驗控制。　　雖然微生物在實驗上的易改造性可能是吸引人的,但事實卻可能有某些不同,即知識庫開始需要進一步回答表型方面的問題，并全面認知所有生物系統(tǒng)固有的高度的復(fù)雜性。對于生命過程中包含的分子和原子，必須完全忘記它們在細胞內(nèi)和處在宇宙其他地方的區(qū)別。也就是說,在宇宙中的規(guī)律必須適用于每個分子,無論它出現(xiàn)在哪里。準確理解生命系統(tǒng)的困難和挑戰(zhàn)主要在于：活細胞是怎樣保證分子有序工作的?大部分的答案都將其歸因于時空上的隔離并通過保持反應(yīng)物的分離來維持生命過程。也就是生命藝術(shù)的最偉大之處在于阻止生命的停息?！　∈聦嵣?盡管有了日益完整的實驗數(shù)據(jù),但我們只是剛剛觸及從細胞或組織代代相傳的生命力的表面。雖然如此,正如書中所說的那樣,現(xiàn)在我們可以精確地計算與細胞半衰期（細胞加倍時間）相關(guān)聯(lián)的信息、不同時間核糖核酸（RNA）和蛋白表達的水平、RNA與蛋白合成和降解速率、在細胞內(nèi)時空上的隔離、代謝的產(chǎn)物,處理包括影響生理閾值的正負反饋通路的復(fù)雜生化過程的系統(tǒng)化模型。反過來,后者賦予了整個細胞一個特定的生物活性。從一個初始起點——由前代獲得的結(jié)構(gòu)單元開始,子代必須管理細胞內(nèi)的分子濃度,并且使用它的遺傳裝置來應(yīng)答細胞在面對環(huán)境壓力、各種沖擊以及持續(xù)生存需要等方面時對細胞的需求。細胞內(nèi)組分和分子豐度的平衡而后必須處理令人驚駭?shù)??6萬億個不同的蛋白質(zhì)相互作用的可能性,在大腸桿菌蛋白質(zhì)組表面上的5?mer結(jié)合位點的多樣性促成了如此多的相互作用（Humphery?Smith 和Gestel， 未發(fā)表的數(shù)據(jù)）?！　∥覀兿Ｍx者能夠與這門令人著迷的微生物蛋白質(zhì)組學——整體功能生物學的學科有一個精彩的相聚。

內(nèi)容概要

本書對微生物蛋白質(zhì)組學給予了—個詳盡的分析和描繪，重點介紹了最新進展和應(yīng)用以及未來的研究方向。本書的作者們向我們展示了較為簡單的微生物在改善疾病預(yù)防、治療以及增加對整個生命體功能生物學的理解方面的大量實驗操作，以及這些微生物如何以及為什么能夠成為如此有吸引力的研究對象。特別是，本書揭示了微生物蛋白質(zhì)組學分掀口何在藥物的發(fā)現(xiàn)方面發(fā)揮作用，包括鑒別新的靶點、新的診斷標記物以及前導物的優(yōu)選。     每個章節(jié)都是由該領(lǐng)域的—個或多個權(quán)威專家撰寫，并被仔細地編排以確保本書保持系統(tǒng)性和連貫性。本書重點強調(diào)了目前最有前景的研究策略、相關(guān)方法、技術(shù)以及工具。關(guān)鍵主題包括以下部分：     從蛋白質(zhì)組學角度闡述微生物的致病機理     全細胞建模     結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學和計算分析     生物大分子間的相互作用     生理蛋白質(zhì)組學     使用蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)進行代謝重建     本書在呈現(xiàn)蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)實際應(yīng)用情況的同時，也明確說明了該領(lǐng)域的局限性，指出未來需要進一步研究的方向。     由國際公認的專家提供的方法和技術(shù)在書中均有講述，因而本書適用于生物化學、微生物學、分子生物學、遺傳學、生物醫(yī)學和藥學、生物工程以及獸醫(yī)學等領(lǐng)域中從事相關(guān)研究工作的教師和學生閱讀參考。

書籍目錄

第一篇 微生物／模式生物的蛋白質(zhì)組學研究   第1章 微生物的整體生物學：基因組學、轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學  第2章 動態(tài)性測量的策略：蛋白質(zhì)組學的暫時組分  第3章 探尋“全蛋白質(zhì)組覆蓋率”  第4章 肺炎支原體的蛋白質(zhì)組  第5章 古細菌蛋白質(zhì)組學第二篇 蛋白質(zhì)組學和細胞生理學   第6章 通過蛋白質(zhì)組分析闡明單核細胞增生李斯特菌的酸脅迫機制  第7章 細菌蛋白質(zhì)組在饑餓情況下的氧化  第8章 兩種金屬還原菌的研究：硫還原土桿菌PCA和奧奈達希瓦菌MR-1的比較蛋白質(zhì)組學分析  第9章 AMT標簽方法確定耐放射性異常球菌和奧奈達希瓦菌的蛋白質(zhì)組特征第三篇 工業(yè)菌的生理蛋白質(zhì)組學   第10章 重要的工業(yè)菌——谷氨酸棒狀桿菌的蛋白質(zhì)組學  第11章 乳酸乳球菌的蛋白質(zhì)組學：一個食用細菌的表型  第12章 枯草芽胞桿菌分泌組的蛋白質(zhì)組學研究第四篇 病原微生物的蛋白質(zhì)組學   第13章 在蛋白質(zhì)組水平上研究細菌致病機制  第14章 應(yīng)用蛋白質(zhì)組學方法闡明遲鈍愛德華菌發(fā)病機制  第15章 一個致死性細菌的計算分析和結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學：從多條戰(zhàn)線與結(jié)核分枝桿菌作斗爭  第16章 植物病原性卵菌和真菌的蛋白質(zhì)組學研究  第17章 從蛋白質(zhì)組學洞察白色念珠菌的生物學和致病性  第18章 蛋白質(zhì)組學在念珠菌病的診斷、治療和預(yù)防中的作用  第19章 為開發(fā)針對布魯桿菌屬的細菌菌蛻疫苗尋找候選蛋白質(zhì)  第20章 基因組學和蛋白質(zhì)組學在反向疫苗中的應(yīng)用第五篇 蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫、生物信息學和生物模型   第21章 用于蛋白質(zhì)組計算機分析的數(shù)據(jù)庫和資源  第22章 微生物蛋白質(zhì)的種內(nèi)與種間比較：獲得有關(guān)基因祖先、蛋白質(zhì)功能以及物種生活方式的信息  第23章 微生物代謝的分子動力學模型參考文獻索引

章節(jié)摘錄

　　第一篇 微生物／模式生物的蛋白質(zhì)組學研究　　第1章 微生物的整體生物學：基因組學、轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學　　1.1　引言　　生物的表型是由環(huán)境和其遺傳物質(zhì)決定的，因此了解基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組之間的關(guān)系是生物學研究的基本目的之一。在過去的10年中，定量生物學分析已經(jīng)在基因組、轉(zhuǎn)錄和翻譯水平逐步展開，這在大規(guī)模DNA測序、基因組范圍的遺傳分析、DNA和蛋白質(zhì)芯片以及與質(zhì)譜聯(lián)合能對蛋白質(zhì)進行快速、高靈敏分析的雙向電泳（2DE）或多維液相色譜（LC）中得到充分體現(xiàn)?；蚪M學研究的進展是令人驚嘆的，包括人類基因組在內(nèi)的超過160種生物已完成全基因組分析，而這一點蛋白質(zhì)組研究根本無法比擬。盡管取得如此成就，但是任何一個特定的基因組能為相應(yīng)細胞活動所提供的信息是微不足道的，要更好地了解細胞的結(jié)構(gòu)、生物學特性以及病理過程，將需最終挖掘由這些基因組所編碼的蛋白信息——蛋白質(zhì)組學。本章的目的在于強調(diào)蛋白質(zhì)組學對我們掌握的有機體的整體微生物學（whole-organism microbiology）知識所做出的貢獻。　　蛋白質(zhì)組學研究領(lǐng)域已經(jīng)從最初的用2DE顯示大量的蛋白質(zhì)慢慢延伸至整合了許多新技術(shù)、對所有蛋白質(zhì)表達的全局洞察，這是基因組科學所必需的，因此蛋白質(zhì)組學研究已經(jīng)被賦予一個更強大的科學領(lǐng)域。對蛋白質(zhì)的定量測定、蛋白質(zhì)表達模式的改變和細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的相互作用等的關(guān)注給予蛋白質(zhì)組學一個前所未有的新的成熟水平。　　1.2　蛋白質(zhì)組的展望　　不像基因組測序，到目前為止還沒有完成任何一個生物的蛋白質(zhì)組，因為蛋白質(zhì)組的終點還不確定。盡管如此，研究某一基因組的所有蛋白質(zhì)是可行的。對于鑒定和分析這類復(fù)雜生物樣品的最大挑戰(zhàn)是其集中了各種變異性，因為它們包含了所有蛋白質(zhì)的理化特性并且依賴于體內(nèi)外參數(shù)。這些參數(shù)導致了蛋白質(zhì)組的復(fù)雜性，在表型上顯示為相關(guān)蛋白質(zhì)的豐度變化、修飾或斷裂（如酶切割）、分子或蛋白質(zhì)相互作用的改變、復(fù)合物的形成或裂解以及蛋白質(zhì)的存在或缺失。　　蛋白質(zhì)組的復(fù)雜性可從三個方面得到解釋：進化的復(fù)雜性（evolutionary complexity），內(nèi)在的復(fù)雜性（internal complexity）和樣品的復(fù)雜性（sample complexity，以后將談到）?！　?/pre>








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