人类微生物组可以产生数千种微小的新蛋白质

你的身体是一个仙境。一个充满了数万亿细菌的仙境，就是这样。但它并不像听起来那么可怕。事实上，有越来越多的证据表明，我们健康的许多方面都与我们的微观同胞的组成和耐力密切相关，尽管究竟究竟是如何仍然不清楚。

现在，斯坦福大学医学院的研究人员发现，这些微生物搭便车 - 统称为人类微生物组 - 正在生产数以万计的蛋白质，这些蛋白质在以前的研究中都没有引起注意。这些蛋白质属于超过4,000个新的生物家族，预计将参与其他过程中的战争，因为它们争夺在令人垂涎的生物生态位中的首要地位，即微生物与其不知情的宿主之间的细胞间通信。 ，以及保持细菌快乐和健康的重要日常家政服务职责。

因为它们非常小 - 长度不到50个氨基酸 - 很可能蛋白质折叠成独特的形状，代表了以前未被识别的生物构建模块。如果这些蛋白质的形状和功能可以在实验室中重建，它们可以帮助研究人员提高科学理解微生物组如何影响人类健康并为新药物发现铺平道路。

一篇描述研究结果的论文将于8月8日在Cell上发表。Ami Bhatt，医学博士，医学和遗传学助理教授，是资深作者。博士后学者Hila Sberro博士是第一作者。

'一个明显的盲点'

“了解人体细胞与微生物组之间的界面至关重要，”Bhatt说。“它们如何沟通?细菌菌株如何保护自己免受其他菌株的侵害?这些功能可能存在于非常小的蛋白质中，这可能比在细胞外分泌更大的蛋白质更有可能。”

但蛋白质的微小尺寸使得使用传统方法难以鉴定和研究它们。

Bhatt说：“当我们试图预测哪些细菌DNA序列含有这些非常小的基因时，我们更容易犯错误而不是正确猜测。”“所以到现在为止，我们已经系统地忽视了它们的存在。这是一个明显的盲点。”

对于没有经验的人来说，过度思考生活在我们每个人身上的大量细菌可能会令人生畏。与人体细胞相比，它们在人体内和体内的细胞数量要多得多。然而，这些小乘客很少是恶意的。相反，它们有助于我们的消化，补充我们的饮食，并通常让我们在我们的高峰期运行。但在许多情况下，很难将这种伙伴关系背后的分子细节分开。

Bhatt和她的同事们想知道，他们所知道的小蛋白质中是否可以找到答案，这些蛋白质可能会通过其他专注于微生物组的研究所发挥作用。他们推断，小蛋白质比它们的大表兄弟更有可能穿过细胞膜向邻近的宿主或细菌细胞传递信息或威胁。但是如何识别和研究这些微小的Houdinis?

“细菌基因组就像是一本长字母的书，其中只有一些编码了制作蛋白质所必需的信息，”Bhatt说。“传统上，我们通过搜索表明”开始“和”停止“信号的组合来识别本书中蛋白质编码基因的存在，这些信号将基因夹在中间。这适用于较大的蛋白质。但是蛋白质越小，更有可能的是，这种技术会产生大量误报，使结果变得混乱。“

一个大惊喜

为了解决这个问题，Sberro决定比较许多不同微生物和样本中潜在的小蛋白编码基因。她认为，在几个物种和样本中反复发现的那些更可能是真正的阳性。当她将分析应用于大型数据集时，Sberro没有发现她和Bhatt预期的数百个基因，而是成千上万。预测由基因编码的蛋白质可以被分类成超过4,000个相关的组或家族，可能涉及关键的生物过程，例如细胞间通信和战争，以及保持细菌健康所必需的维护任务。

“老实说，我们不知道会发生什么，”Bhatt说。“我们对此没有任何直觉。她发现成千上万的新蛋白质系列确实令我们所有人感到惊讶。”

研究人员证实，这些基因通过显示转录成RNA并穿梭于核糖体进行翻译而编码真正的蛋白质 - 这是所有生物体中蛋白质制造途径的关键步骤。他们现在正在与合作者一起学习更多有关蛋白质功能的信息，并找出那些对我们这种充满肠道的地毯中的空间细菌有重要意义的蛋白质。他们认为，这些蛋白质可能成为人类使用的新抗生素或药物。

“小蛋白质可以快速合成，可以被细菌用作生物开关，在功能状态之间切换或触发其他细胞的特定反应，”Bhatt说。“它们比较大的蛋白质更容易研究和操作，这可能促进药物开发。我们预计这将成为研究生物学的一个有价值的新领域。”

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