生物信息技术在基因组和蛋白质组研究中的应用

综述了生物信息技术在生物学研究前沿领域 ,特别是基因组和蛋白质组研究方面的应用 ,重点展示生物信息技术在基因克隆与定位、核酸和蛋白质序列分析、空间结构预测和蛋白质功能研究方面的运用 ,丰富了生物技术概念的内涵并拓展了其外延。

高通量蛋白质结构生物信息学进展

本文总结了高通量蛋白质结构生物信息学的最新进展,包括结构数据管理、工具软件开发和结构数据挖掘三个主要方面。结构数据管理方面,得益于类AlphaFold系统的发展,蛋白质结构数据量实现爆发式增长,直接促进了压缩技术的升级,也吸引了研究者对结构数据管理的关注。工具软件开发方面,以Foldseek为代表的新算法实现了高速的结构比对,突破了结构分析的通量瓶颈,此外深度学习模型的大量应用从多个方面改进了基于结构的蛋白质功能注释。结构数据挖掘方面,研究者以组学思维处理结构大数据,在持续的探索中提炼分析要素、优化方法,并在新工具的帮助下推动着结构数据挖掘的进阶。随着高通量方法的发展,结构生物信息学有望在生命科学中发挥更重要的作用。

常见舌苔蛋白质组学与生物信息学研究

目的运用蛋白质组学技术探讨不同舌苔的差异表达蛋白质。方法将观察对象根据有无各系统器质性疾病及舌苔表现,分为正常薄苔组、病理薄苔组、厚苔组和剥苔组,以固相pH梯度等电聚焦为第一相、垂直SDS-PAGE为第二相进行双向电泳,银染显色,计算机扫描,Image Master2D Platinum软件分析;选择差异点胶内胰酶消化后,进行MALDL-TOF-MS蛋白质质谱鉴定和生物信息学分析。结果四组舌苔组织可检测的蛋白质斑点数分别为(1 082±105)个、(1 052±85)个、(1 129±98)个、(1 143±140)个。差异蛋白质点肽质指纹的质谱鉴定和分析生物信息学分析结果,鉴定出13个舌苔密切相关蛋白质,其中cystatin B、cytokeratin 13和GAL7 protein为首次发现的舌苔变化相关蛋白,与舌苔发生发展的关系密切;并发现了5个新的舌苔相关未知蛋白,在目前国际蛋白质数据库中无收载,有必要进一步深入研究。结论不同病理舌苔与正常舌苔的蛋白质表达谱存在明显差异。

基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的应用

基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学分别研究生物体的基因组成、基因差异表达、蛋白间相互作用和分子结构特征,在当代生命科学中发挥了重要的作用。近年来,这些新技术的引入为水产科学的发展提供了不可多得的机遇。论文阐述了基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的最新进展,并为蛋白质组学和结构生物学的进一步应用提供了见解。

植物胁迫反应中质外体蛋白质组生物信息学分析

植物质外体在植物胁迫反应中起重要作用。本研究通过对质外体蛋白组相关文献挖掘和数据库的检索,依据细胞作用过程,将质外体蛋白组检索归类。参与生物胁迫反应的质外体蛋白主要分2类,即防御反应蛋白和细胞壁修饰蛋白;参与非生物胁迫反应的质外体蛋白也分2类,即氧化还原稳态调节蛋白和胁迫反应蛋白。综合分析表明,7类蛋白既参加生物胁迫反应,也参加非生物胁迫反应。通过对质外体蛋白质组的研究可以加深对2种胁迫下信号传导机制和调控机制的理解。

基于鸟枪法蛋白质组学和生物信息学技术对肺鳞癌表达蛋白质谱的分析

目的应用高通量蛋白质组学及生物信息学技术分析肺鳞癌表达蛋白质谱,筛选肺癌标志蛋白质,为肺鳞癌发病机制、早期诊断及治疗提供有价值的线索。方法 6例手术后新鲜肺鳞癌组织,通过激光捕获显微切割(laser capture microdissection,LCM)分离纯化肿瘤细胞并提取可溶性总蛋白;多维液相色谱-离子阱串联质谱技术(也称鸟枪法蛋白质组学,shot gun proteomics)对蛋白质进行分离、鉴定;进一步通过生物信息学工具预测肺鳞癌细胞表达蛋白质的理化性质、分子功能、生物通路及蛋白质相互作用,并筛选潜在的标志蛋白。结果 LCM共收集了60个帽(cap)的感兴趣细胞,平均每个LCM cap捕获感兴趣细胞数约12000个,其同质性大于95%。可溶性总蛋白经多维液相色谱-离子阱串联质谱共鉴定出860个非冗余蛋白质。蛋白质的理化性质包括分子量、等电点、平均疏水性、跨膜结构域、亚细胞定位、转录后修饰和组织分布等经过在线生物信息学工具分析,并通过统计图直观显示;蛋白质生物学功能基于Gene Ontologyc(GO)软件和Kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)生物学通路分析,根据其注解,筛选出3个有价值的蛋白质,即分裂素活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、粘联素A1(annexin A1,ANXA1)、高移动组蛋白B1(high mobility group protein B1,HMGPB1)可以作为肺鳞癌候选的标志蛋白。结论鸟枪法蛋白质组学可大规模分离、鉴定肿瘤细胞表达蛋白质,基于生物信息学筛选的标志蛋白质可能成为肺癌诊断和治疗的分子靶点。

生物信息学及其在蛋白质组学中的应用

随着基因组学和蛋白质组学的发展,生物信息学在数据处理中的应用已经越来越广泛。作为数据处理中越来越重要的分析手段,蛋白质组学数据库是蛋白质组学的主要内容之一。本文分别从生物信息学的蛋白质双向电泳数据库和基于蛋白质质谱结果的数据库两个方面,概述了发展中的蛋白质数据库的最新动态和有关信息,同时对主要的热门蛋白质组学数据库站点和资源进行了评价和分析。

糖生物学:基因组学和蛋白质组学的延伸

糖生物学是糖的化学和生物学研究相结合产生的一门新兴学科 ,研究糖缀合物糖链的结构、生物合成和生物学功能。糖生物学研究在国际上受到高度重视 ,在即将到来的基因组学时代 ,糖生物学研究更是被视为揭示生命本质所不可缺少的重要方面。已知糖链在细胞内可修饰调控蛋白质、脂类的结构与功能 ,在细胞外环境参与免疫应答、感染和癌症等过程中的细胞识别 ,但对其作用机制还不完全清楚。本文介绍糖生物学的研究动态和发展趋势。

生物信息学在蛋白质组学上的应用

蛋白质组学是后基因时代标志性的研究新领域,其快速发展很大程度上依赖于生物信息学的蓬勃壮大。从生物信息学与蛋白质数据库、蛋白质分析、蛋白质功能的联系3个方面,对生物信息学在蛋白质组学上应用的研究进展进行综述。

基于质谱与生物信息学的运动心脏蛋白质组学研究

运动训练对心血管疾病的预防和治疗作用众所周知。已有大量研究揭示了运动心脏相关的蛋白表征,但运动诱导的心脏重塑的分子机制至今还不清楚。从以质谱为基础的蛋白质组学研究入手,分析了不同类型运动对心脏蛋白质组的影响,同时用生物信息学方法分析来自于不同运动类型与动物模型间的数据。结果显示,运动通过上调脂质和器官代谢过程,促进血管生成以及组织再生对机体产生独有的蛋白质组重塑影响,同时也揭示心脏线粒体蛋白质组在应对运动训练时具有高度动态性。从运动类型来说,跑台比游泳对心脏蛋白质组的调整更为有效。这些数据为运动心脏的蛋白质组学研究打开了新的视野,有望为心脏对运动适应及不适应重塑的机制研究提供有效帮助。

蛋白质组信息学的发展与挑战——记北京蛋白质组研究中心生物信息学研究室

随着人类基因组计划的完成，人类蛋白质组研究已经成为生命科学乃至自然科学领域重大的科学命题。专家断言：21世纪是生命科学的世纪。

牦牛与黄牛肌肉差异蛋白质组及生物信息学分析

为了建立和优化牦牛肌肉组织蛋白质双向电泳(2DE)体系,结合生物信息学方法进行牦牛、黄牛差异蛋白质通路分析。以牦牛背最长肌为实验材料,对不同裂解液成分、等电聚焦程序、染色方法进行研究,在最优2DE体系参数下,对比分析牦牛、黄牛差异倍数大于2倍且达到显著水平(P<0.05)的19个蛋白质,通过基质辅助激光解吸/电离飞行时间(MALDI-TOF/TOF)质谱进行鉴定,并对鉴定结果进行了基因本体(GO)注释、京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析。结果表明,裂解液II、渐进式快速升压程序、改良的考染法获得的蛋白点匹配率高,牦牛、黄牛2DE图谱蛋白点平均个数分别为479个和553个。通过比较牦牛和黄牛背最长肌中差异蛋白质可知,所得到的差异蛋白质按照功能可分为代谢酶、结构蛋白和应激蛋白3大类。通过KEGG分析可知,牦牛、黄牛差异蛋白质主要集中在细胞代谢过程、碳水化合物代谢通路、遗传信息通路和能量代谢通路中,研究结果可为解释牦牛和黄牛肌肉生物学特性和肉品质差异提供理论依据。

基因组学、蛋白质组学和代谢组学在微生物降解PAHs中的应用

基因组学、蛋白质组学和代谢组学是系统生物学的重要组成部分,是近年来发展出来的新兴学科。随着生命科学的研究进入了多组学时代,基因组学、蛋白质组学和代谢组学得到了迅猛发展,被广泛应用在环境微生物学的各个研究领域,并成为研究PAHs微生物降解中不可或缺的重要手段。主要阐述了3大组学在微生物降解PAHs内在机理及代谢通路中的最新研究进展,并展望了3大组学在多环芳烃微生物降解机制中的应用前景与挑战。

生物信息学在蛋白质组学研究中的应用进展

生物信息学是运用数学和信息学方法阐明和解释海量生物学数据所蕴含的生物学意义的重要手段和工具。随着蛋白质组学研究的不断发展和深入,大量的蛋白序列、结构、功能以及互作数据不断产生。面对海量蛋白质组数据的获取、处理、存储以及蛋白质组数据信息的挖掘,生物信息学已成为蛋白组学研究中不可或缺的组成部分。本文结合蛋白质组学的发展历程,简要综述了生物信息学技术在蛋白质谱数据处理、蛋白质鉴定和蛋白质翻译后修饰等方面的应用进展,并初步展望了其未来发展趋势。

后基因组时代生物信息学的新进展

生物信息学是近年来综合生命科学与信息科学而迅速发展起来的一门新兴交叉学科。对后基因组时代生物信息学的几个热点研究方向进行了概述,介绍了当前一组有影响的代表性工作,初步分析了各种研究的技术特点与适用范围,并对今后的研究作了展望,提出了亟待解决的一些关键问题。

基因/蛋白质组学技术在生物材料生物相容性研究中的应用

生物材料的生物相容性是生物材料研究领域的关键科学问题。分子生物学技术的发展使生物材料的生物相容性评价从动物水平和细胞水平深入到分子水平。生物组学技术的发展为高通量进行生物材料分子生物相容性评价、阐明生物材料与生物体的相互作用机理提供了有效的手段。本文综述了生物材料生物相容性研究现状及基因组学、蛋白质组学技术在生物材料生物相容性研究中的应用。

硒代谢网络与硒蛋白质组的生物信息学研究进展

硒是大多数生物所必需的微量元素,对维持氧化还原稳态平衡具有重要作用,并与许多重大疾病有着密切联系。一直以来,关于硒的研究工作主要集中于硒代谢机制和硒蛋白功能。近年来快速增长的各类组学数据为硒相关的生物信息学研究工作提供了重要条件与机遇。主要介绍了当前利用生物信息学的理论和方法研究硒的代谢通路、功能和进化等领域的最新进展。通过这些研究,一方面发现了大量新的硒蛋白基因,并确定了众多物种的硒蛋白质组;另一方面揭示了新的硒代谢通路及相关新基因,完善了硒代谢网络。在此基础上,通过比较基因组学分析,深入探讨了硒代谢通路、不同硒蛋白家族乃至硒蛋白质组的分布与进化规律,以期为进一步认识硒研究领域中的重要问题和未来的发展方向提供支持。