蛋白质组学方法测量海洋微生物的碳吸收

在4月26日发表在mSystems上的一篇论文中，由科罗瓦利斯州俄勒冈州立大学的微生物学家领导的一个研究小组描述了一种成功的试验方法，该方法用于确定特定海洋浮游细菌类群的碳吸收。该技术使用蛋白质组学 - 蛋白质的大规模研究 - 直接观察微生物群落的代谢过程。

该论文的资深作者俄勒冈州立大学微生物学家Ryan Mueller表示，该技术在三个层面上阐明了碳吸收过程。“它显示了使用了多少，微生物，以及它们如何使用它来生产新的蛋白质，”他说。“它提供了有关哪些生物体摄取不同底物的信息。”

海洋浮游细菌在碳循环中起着关键作用。它们回收化学物质并分解富含碳的物质，如溶解的游离氨基酸(DFAA)，这可能是由许多过程产生的，包括裂解细胞或浮游植物的死亡。浮游细菌通过光合作用处理浮游植物和其他微生物固定的有机碳的一半，但并非所有微生物群落都具有相同的摄取率。几十年来，将特定分类群与代谢反应联系起来一直是该领域的一个悬而未决的问题。

研究人员在8个海水样本上测试了他们的新方法，称为蛋白质组稳定同位素探测或蛋白质组学SIP，其中包括从加利福尼亚州蒙特利湾的海洋采集的6个，以及俄勒冈州纽波特的2个海水样本。对于那些样品，他们添加了富含同位素碳-13的DFAAs。使用高分辨率质谱，他们从样品中提取和分析蛋白质 - 15小时后的一半样品，32小时后的另一半。他们使用田纳西州橡树岭国家实验室研究人员开发的软件来分析蛋白质组学数据。

他们的分析发现了特定分类群的代谢模式。例如，与红细菌属细菌相关的蛋白质显示出高水平的新合成的富含碳同位素的肽。相比之下，来自Flavobacteriales和SAR11群落的细菌富集程度低得多。

近年来，微生物学家呼吁采用一系列技术来更好地了解海洋浮游细菌在碳循环中的作用。先前的努力已经使用宏基因组学，基因表达谱或荧光原位杂交或FISH。新论文的第一作者塞缪尔·布赖森指出，之前的一些技术也使用了稳定的同位素探测 - 虽然精度不同。“我们与其他SIP技术的主要优势在于直接测量底物与蛋白质的结合，”他说。

虽然目前的实验使用蛋白质组学-SIP来测量DFAA的使用，但Bryson说它可以很容易地扩展到其他材料。他和他的团队已经开始使用浮游细菌使用的多种底物进行实验，包括葡萄糖，脂质和全蛋白质。穆勒说，他们的策略是开始简单 - 使用氨基酸 - 随着时间的推移进行更艰难的实验。“通过这种方式，我们将走向更现实的环境，”他说。