蛋白質(zhì)是生命的錘子和鉗子，在生物學(xué)中發(fā)生的大多數(shù)事情中都具有基本作用。但是生物學(xué)家仍然不知道成千上萬的蛋白質(zhì)是做什么的，以及它們的存在與否如何影響細胞。知識黑洞延伸到線粒體，線粒體是細胞的能量機器，它在150多種疾病中蹣跚而行，包括癌癥，糖尿病，帕金森癥和許多遺傳性疾病。

為了填補線粒體的空白，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員在酵母中逐一刪除了174個基因。然后，他們對酵母進行了高強度質(zhì)譜分析，以測量數(shù)千種代謝產(chǎn)物的前所未有的細節(jié)，包括蛋白質(zhì)，稱為代謝物的中間化學(xué)物質(zhì)和脂質(zhì)。

在最新一期的自然生物技術(shù)中，威斯康星大學(xué)麥迪遜生物分子化學(xué)教授Joshua Coon和威斯康星大學(xué)Morgridge研究所新陳代謝研究主任David Pagliarini報告了對單個基因刪除效果的綜合分析。

該研究發(fā)現(xiàn)七種基因在制備輔酶Q(CoQ)，這是一種對線粒體能量代謝至關(guān)重要的分子。

在復(fù)雜分析中，使用多種類型的數(shù)據(jù)是常見的。例如，要了解車禍，人們可能需要有關(guān)天氣，汽車和交通工程的數(shù)據(jù)，以及因分心或毒品導(dǎo)致的駕駛員損傷。

在生物學(xué)方面，當(dāng)Coon的專業(yè)高速質(zhì)譜與創(chuàng)新方法結(jié)合處理數(shù)據(jù)級聯(lián)時，細胞生物化學(xué)的綜合數(shù)據(jù)出現(xiàn)，在新研究中達到近兩千千兆字節(jié)。

基因模式蛋白質(zhì)。“要準確了解這些基因和蛋白質(zhì)的作用，”Coon說，“我們研究了不能制造蛋白質(zhì)的細胞，使用能夠以驚人的速度和準確度測量化合物的新型科學(xué)儀器。” Coon說，這項研究提供了甚至五年前所沒有的詳細信息。“改進的質(zhì)譜技術(shù)和方法縮短了分析酵母樣品中所有蛋白質(zhì)的時間，從4小時到1小時。我很興奮，我去了Dave并說，'我們可以分析1000個樣品中的蛋白質(zhì)產(chǎn)量1000小時。你有什么大事嗎?'“

Pagliarini的團隊對能量處理線粒體，特別是與之相關(guān)的神秘蛋白質(zhì)充滿熱情。Pagliarini說，研究人員通過去除線粒體所有主要功能部分中編碼蛋白質(zhì)的基因開始了這項研究。“如果我們逐一淘汰各種已知功能的基因，并使用Josh小組開發(fā)的技術(shù)分析蛋白質(zhì)，代謝物和脂質(zhì)，這些數(shù)據(jù)為每種蛋白質(zhì)的作用提供了”特征“。如果我們在另一種缺失不同功能的蛋白質(zhì)的菌株上重復(fù)這一過程，我們可以將其特征與其他蛋白質(zhì)進行比較，并開始弄清楚蛋白質(zhì)在做什么。“

Coon說，大量的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出“我們不得不跨越的信息挑戰(zhàn)”。“研究聯(lián)合主要作者，研究生Nicholas Kwiecien創(chuàng)建了一個網(wǎng)站，以更容易理解的方式呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)。”

Coon說，Kwiecien和Pagliarini的研究生Jonathan Stefely是另一位合作的主要作者。“喬恩會說'我希望能夠看到這一點'，而尼克會想出如何實現(xiàn)這一目標(biāo)。我們跟進的很多線索都是通過他們弄清楚如何一起工作的過程產(chǎn)生的。 “

出現(xiàn)的一些最強的線索涉及CoQ，它通常缺乏線粒體疾病，導(dǎo)致從簡單的肌肉疼痛到嚴重的多系統(tǒng)問題。

Pagliarini的研究小組進行了生化實驗，以跟進一項基因 - 蛋白質(zhì)組合對于生產(chǎn)CoQ至關(guān)重要的建議。“大規(guī)模的數(shù)據(jù)收集表明，一種菌株未能成為CoQ所需的關(guān)鍵代謝物，因此我們提供了該代謝物并通過實驗修復(fù)了敲除酵母中的CoQ缺陷，”Pagliarini說。“因此，我們從大規(guī)模，大規(guī)模驅(qū)動的分析到生物化學(xué)，并得到了整個故事。這將是教科書中的一個新步驟。它已被鎖定?，F(xiàn)在我們更好地理解了這條路徑，也許我們可以想象如何避免這種短缺，以幫助某些患者。“

“我們不能保證這一點，”Coon補充道，“但我們可以保證，在我們通過這次大規(guī)模分析發(fā)現(xiàn)它之前，沒有人會看過那個基因。”

除了與CoQ相關(guān)的七個基因之外，“我們正在進行的分析已經(jīng)導(dǎo)致了大約20個額外的蛋白質(zhì)功能預(yù)測，每個都可以成為論文項目，”Pagliarini說。“我們現(xiàn)在可以開始定義這些疾病相關(guān)蛋白的功能，我們目前很少或根本沒有理解。”

Pagliarini補充說，該研究不是一次一個地探索蛋白質(zhì)，而是顯示了數(shù)百人觀察它們的功效。

“這種結(jié)果證明了大學(xué)和莫格里奇研究所對尖端技術(shù)進行投資的智慧，”庫恩說。“最新的技術(shù)可以加速生物發(fā)現(xiàn)。如果有人來找我們想要在這個細節(jié)水平上看十幾種酵母菌，兩年前需要一個月?，F(xiàn)在需要一天?？茖W(xué)已經(jīng)受益，我們相信患者也會受益。“