Новый масштабный набор данных о белках бактерий

Учёные из Швейцарии и Нидерландов провели количественный и качественный анализ белков, которые бактерия Escherichia coli экспрессирует в 22 различных условиях роста. Было идентифицировано более 2300 белков, некоторые — в среднем в количестве одной копии на клетку. Полученный набор данных описывает большую часть (>90%) белковой массы в клетках и станет сокровищницей для клеточных биологов. Первое описание опубликовано 7 декабря в Nature Biotechnology.

Для понимания связи между геномной информацией в клетках и их физиологией важно оценить, какие гены активны в производстве белков в разных условиях. Самый прямой способ получить эту информацию — количественное измерение белков, присутствующих в клетке.

Технический прогресс лишь недавно сделал возможным крупномасштабное измерение абсолютных уровней белков. Учёные из Базельского и Цюрихского университетов (Швейцария) и Гронингенского университета (Нидерланды) объединили усилия для измерения белков у бактерий E. coli, выращенных в 22 различных условиях. Используя протеомный подход на основе масс-спектрометрии, они определили не только то, какие белки присутствуют, но и сколько их копий на клетку.

Массивный набор данных

Результаты представляют собой массивный набор данных, который вдохновит много новых исследований, говорит профессор системной биологии из Гронингена Маттиас Хайнеманн, координировавший эксперимент вместе с Александром Шмидтом (Базель). «Нам удалось проанализировать 90% белковой массы этих клеток, — объясняет он. — Мы обнаружили более 2300 различных белков, что представляет более половины из 4300 бактериальных генов». Это удвоило количество белков, которые были абсолютно количественно определены в E. coli. Для некоторых из этих белков функция ещё не установлена. «Но, глядя на картину экспрессии в 22 различных условиях роста, мы теперь имеем представление о том, что они делают».

Уровни экспрессии белков сильно различаются: от более 100 000 копий на клетку до двух, одной или даже меньше в среднем. «Во-первых, это показывает, насколько чувствительны наши методы, но также заставляет задуматься, какова функция белков, экспрессируемых на очень низких уровнях». Хотя некоторые гены могут активироваться чисто стохастически (и, следовательно, производить белки случайно), Хайнеманн не исключает определённой функции для единичных копий белка в клетке. «В конце концов, другие биологические объекты, которые существуют в виде единичных копий, например гены, действительно имеют функцию». Исследование также выявило новые посттрансляционные модификации бактериальных белков.

Новые вопросы

Набор данных, описанный в статье Nature Biotechnology, уже используется другими учёными и стимулирует новые захватывающие исследования. «Наши данные будут служить справочными данными для новых исследований и уже привели к ряду работ, которые находятся в процессе публикации. Этот набор данных позволяет учёным задавать и отвечать на новые вопросы».

Для этого исследования бактерии выращивали в различных условиях в Гронингенском университете. Образцы были взяты и отправлены в Базель, где белковое содержимое (включая мембраносвязанные белки) было выделено и проанализировано с помощью масс-спектрометрии. Наконец, результаты были проанализированы всей командой.