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蛋白质组学技术在畜牧兽医研究中的应用

  生物有机体的生理活动、病理活动以及药物的作用主要是通过蛋白质来实现的。蛋白质组学在各个领域已经得到广泛的应用,作为高通量的筛选技术在发现疾病的特异生物标志物和揭示疾病发生的分子机理中起到关键作用。蛋白质组学在兽医学研究中最大的应用前景在于药物开发领域,不但能证实已有的药物靶点,进一步阐明药物作用的机制,发现新的药物作用位点和受体,还可用来进行药物毒理学分析及药物代谢产物的研究。另外,蛋白质组学在兽医学中的应用还包括致病机理的研究。

  蛋白质组学技术不仅能为阐明生命活动规律提供理论基础,也能为探讨重大动物疾病的机理、疾病诊断、疾病防治和新药开发等提供重要的理论依据和实际解决途径,从而对兽医学的研究做出重大贡献。在畜牧领域研究中,蛋白质组学技术广泛应用于奶类和肉类的基础及应用研究,在畜肉品质、奶类营养成分的鉴定、贮存保鲜,发酵深加工等应用领域发挥重要作用,并在营养相关的疾病预防、诊断和治疗等领域也发现一批新靶点,为全面认识营养素及其与疾病的关系提供了新的历史机遇。

  奶类和肉类是人们日常生活中重要的食物和蛋白质来源。同时乳制品产业和肉类产业也是国民经济的重要组成部分,因此对奶类和肉类进行深入研究具有十分重要的意义。蛋白质组学因其灵敏性和有效性在奶类和肉类的研究中被广泛采用。目前,蛋白质组学的多种手段被广泛应用于奶类和肉类的应用研究以及基础研究中,在疾病监测,营养成分以及食用品质(包括口感,外观,脂肪含量,气味等各个因素)的鉴定,贮存保鲜,发酵深加工以及探究古代食物特性等多个方向取得了十分可喜的成果。

  利用蛋白质组学技术研究动物疾病,能发现与疾病发生相关的蛋白质及其变化特征,为寻找监测动物健康或疾病状态的生物标记提供新的靶点,并为相关疫苗和新型药物的开发提供新的途径。动物疾病主要由细菌、病毒或者寄生虫的侵染引起,蛋白质组学在动物疾病中的研究主要涉及宿主被感染后蛋白表达谱的变化、宿病原体(如寄生虫)侵染宿主后自身蛋白质表达图谱的变化、鉴定宿主体内与疾病发生相关的蛋白质、研究病原体的致病机理或耐药机制、寻找疾病的生物标记、筛选疫苗候选蛋白及药物靶蛋白等方面。

  案例一:通过蛋白质组学技术进行营养成分鉴定研究

  Proteomic Analysis of Cow, Yak, Buffalo, Goat and Camel Milk Whey Proteins:Quantitative Differential Expression Patterns. Journal of Protenome Research 2012.

  样品类型:各种动物奶蛋白质组学

  实验方法:iTRAQ

  该项研究的iTRAQ 实验部分是由APT 完成。本研究首次以iTRAQ 为手段揭示了牛奶,牦牛奶,水牛奶,山羊奶以及骆驼奶乳清中的蛋白质成分。一共鉴定到211个蛋白,其中113个蛋白已经通过GO 分析进行归类。该项研究显示牛奶,牦牛奶,水牛奶,山羊奶,骆驼奶的乳清在蛋白质组上存在巨大差异,有效地从蛋白水平上对不同物种的奶类进行了分析,鉴定了各种奶的营养水平,以及组成特性,为奶类成分相关检测提供了十分有效的依据。

  案例二:通过蛋白质组学技术进行动物疾病机理研究

  Quantitative milk proteomics –Host responses to lipopolysaccharide-mediatedinflammation of bovine mammary gland. Proteomics. 2010

  样品类型:牛奶蛋白质组学

  研究方法:iTRAQ

  在乳房中注射脂多糖(LPS)会造成奶牛乳房炎症,这能部分模拟由革兰氏阴性菌造成的乳腺炎。选取三头健康奶牛,分别在注射LPS三个小时之前,注射LPS之后4个小时以及7个小时之后取其牛奶为实验材料,通过iTRAQ的方式,进行蛋白组上的分析。分析发现了80个蛋白,其中49个在L PS 的影响下发生了显著的变化。包括血清载脂蛋白和很多抗炎蛋白在内的多种蛋白的表达量显著上升,这对奶牛增强免疫力十分必要。同时,该研究还发现补体C3和C4含量也明显上升,这说明LPS引起的乳腺炎激活了多条补体途径。该项研究十分有效地从蛋白质组的角度上揭示了奶牛应对LPS诱导的乳腺炎的分子机制,在将来的研究中,该项技术也极有可能在不同奶牛个体对乳腺炎恢复能力差异的分子机制研究中一显身手,发挥神奇的作用。

  案例三:通过蛋白质组学技术进行细菌侵染疾病研究

  Proteomics and pathway analyses of the milk fat globule in sheep naturally infected by Mycoplasma agalactiae provide indications of the in vivo response ofthe mammary epithelium to bacterial infection. Infect Immun. 2011

  样品类型:乳汁蛋白质组学

  实验方法:shotgun, Lable free

  该项研究旨在从新的视角去理解哺乳动物在受到细菌感染时上皮细胞的应激反应,为寻找监测临床乳腺炎的生物标记提供了指导。该实验分别收集感染和未感染无乳支原体的羊分泌的羊奶,提取羊脂肪球蛋白(MFGP),同时采用DIGE和label free 方法进行定量分析,共鉴定到185 个蛋白。通过生物信息学分析,发现有几类脂肪球蛋白在感染无乳支原体后表达上调,包括参与炎症反应、宿主防御的蛋白、皮质细胞骨架蛋白、热激蛋白、氧化压力相关蛋白等。