研究人员绘制了动物界各个物种的蛋白质“生命之树”

蛋白质是我们体内庞大的工蜂网络，它们都发挥着不同的功能，从促进肌肉运动到引发思考。我们的基因合成了大约 20,000 种独特的蛋白质，它们共同协作执行复杂的过程——自 20 世纪中叶以来，这一系统一直困扰着科学家。

在《自然》杂志最近发表的一项研究中，研究人员基于蛋白质复合物中的 13,386 个匹配，绘制了 9 个物种中 100 多万个高度可预测的蛋白质相互作用图，揭示了这些蛋白质相互作用。该研究小组从实验室语言中发现，某些蛋白质在青蛙、老鼠、酵母和海胆等物种中协同作用，并发现了在人类中以相同方式协同作用的等价物。该团队表示，这种映射使目前对蛋白质相互作用的了解增加了三倍。

医学研究人员现在可以利用这张图谱更准确地转化动物研究的成果。它也是进一步了解基因如何通过进化从简单生物体传递到更复杂生物体的基础。

“我们真正了解了蛋白质如何组合并发挥其应有的生物学作用的组装图，”德克萨斯大学奥斯汀分校的首席研究员 Edward Marcotte 说道。“我们得到的这张图有助于我们解读这些关系。”

你可能还记得生物课上讲过，不同的蛋白质执行不同的任务：血红蛋白通过血液输送氧气，胃中的胃蛋白酶帮助分解你吃的食物，肌动蛋白通过控制肌肉运动帮助你行动。它们是由基因构成的，基因是 DNA 的片段，上面写着如何构建必要的生物成分。去年，两组研究人员绘制了人类蛋白质组，即人体蛋白质的完整列表。约翰霍普金斯大学潘迪实验室负责人阿基莱什·潘迪说，生物学中最大的问题之一是我们不了解这些蛋白质如何相互作用。

潘迪在给《大众科学》的电子邮件中写道：“通过将蛋白质与我们了解其功能的蛋白质复合物连接起来，我们可以更接近地将每个蛋白质拟合到细胞中所有连接的巨大拼图中。”

了解这些蛋白质等价物还使我们能够比较和测试跨物种的医学假设，为更快、更有效的医学研究打开大门。马蒂亚斯·乌伦 (Mathias Uhlen) 是最初绘制蛋白质组图的两个团队之一的负责人，他说，即使在现代医学中，我们对蛋白质相互作用的了解也是有限的。

“如今，在制药行业，所有药物和治疗方法都针对人体内的 620 种蛋白质，”Uhlen 说道。“通过了解体内和动物模型中蛋白质复合物的相互作用，这或多或少是所有医学发展必须基于的基础。这对所有未来的发展都非常重要。”

这项研究的一项发现详细描述了“指挥官”复合体，这是一系列 12 种协同工作的蛋白质，在人类、青蛙、苍蝇和海胆中都可以看到。在人类中，该复合体中的一种蛋白质与眼睛、头骨和大脑的变形有关。当研究人员在蝌蚪中发现并破坏该复合体时，他们发现在胚胎发育过程中眼睛、头骨和大脑也发生了同样的变形。

这项研究的实验依赖于从每个物种中提取干细胞样本，并使用质谱法进行分析——质谱法是一种利用质量和电荷来帮助识别生物样本中特定化学物质的工具。马科特将该技术描述为粉碎蛋白质复合物，然后检查其各个部分。通过这种方式，科学家们观察了哪些蛋白质在复合物中协同工作，并比较了不同物种的结构。马科特说，这一切都是得益于质谱领域的最新进展，这使得这一过程更加精确和快速，尤其是在处理大量数据时。

乌伦将他实验室的工作和马科特在德克萨斯大学奥斯汀分校和多伦多大学唐纳利中心的研究团队所做的研究，与千禧年之际绘制人类基因组图谱的努力进行了比较。与继续绘制基因组图谱一样，马科特表示，下一步是深入挖掘，进一步绘制细胞内的相互作用。他们的数据也可以在互联网上找到，在那里你可以随心所欲地深入研究大分子后生动物复合体。