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你全身上下都有哪些微生物,这个人都可以给你画出来(2)

http://www.it09.cn 时间:2016-06-25 10:07来源:IT09数码网

  德利斯特恩对这项技术深感兴趣,因此毕业后来到伊利诺伊大学香槟分校的化学生物学家尼尔·凯莱赫(Neil Kelleher)的实验室继续博士后工作。凯莱赫倡导使用“自上而下”的质谱技术,即采用完整的而不是消解过的蛋白质直接放入仪器检测。利用这种方式,研究人员可以鉴定出蛋白质上的微小修饰,但是过程却很耗时。德利斯特恩在刚来到伊利诺伊的前两个月里就发展出一种快捷方式,可以系统地检验相当大分子量的酶。“我们将原本以年计数的工作量压缩到了几十天内完成。”德利斯特恩说道。他在博士后工作的两年内最终联名发表了17篇论文。“皮特不仅具有创造性,同时又干劲十足,而且能够用难以置信的能力来完成课题,这简直太难得了。”凯莱赫评价道。目前凯莱赫在西北大学任职。

两位健康人身上的400处采样揭示了皮肤上的化学物质及微生物名录。图片来源:Theodore Alexandrov/Dorrestein Lab

  两位健康人身上的400处采样揭示了皮肤上的化学物质及微生物名录。图片来源:Theodore Alexandrov/Dorrestein Lab

  2006年,德利斯特恩加入UCSD任职——不过,当该校药理学院院长帕尔梅·泰勒(Palmer Taylor)签署了能让他来做质谱成像的MALDI-TOF-MS(matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight,基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪)的采购单时,一切才是真正的开始。“这改变了我的整个世界。”他说。

  看到微生物间的“军备竞赛”

  质谱成像技术不仅能鉴定样品中分子物质,同时还能提供空间信息。MALDI-TOF利用激光来加热并电离分子物质,研究人员用激光束扫描2D样品,可以捕获样品中不同分子精确位置信息的“图像”。这项技术可应用于鉴定并定位肿瘤切片中的生物标记物,但德利斯特恩感兴趣的是微生物,他想要知道能否直接扫描在皮氏培养皿中培养的微生物菌落并鉴定它们的代谢产物。

  没有人做过这种尝试。德利斯特恩觉得这可能是因为大家都担心这会污染昂贵的质谱仪——“但是把微生物直接放到仪器里进行检测也一样会污染仪器。”所以他做了一个简单的实验,让一名本科生萨拉·魏茨(Sara Weitz)来扫描芽孢杆菌菌落。

  这次实验产生的图像不是最漂亮的,但是他们发现这种流程是可行的。他将图像结果发送给了保罗·斯特雷特(Paul Straight),一名刚刚入职得州农工大学的微生物学家。“他当时完全目瞪口呆。”德利斯特恩说道。两组科研团队合作采用质谱成像技术检测了紧邻生长的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)的菌落。通过探索两种菌落交界处的空间信息,他们鉴定到了这两种微生物彼此相互竞争所用的分子物质。

  德利斯特恩表示,将这场微生物的军备竞赛可视化的过程,令他回想起1928年亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming)从可以杀死细菌的霉菌中分离出青霉素的故事。质谱成像技术可以快速鉴定到这种互作的化学物质,很有可能加速新型抗生素的筛选。

  德利斯特恩决定转移实验室的工作重心,几乎专门来研究这些技术方法。他那是还是一名青年研究员,他认识的所有人都不建议他冒这个险。但院长泰勒鼓励他马上申请终身教职。“皮特在分析和计算领域潜力非常突出,经常能够摆脱思维局限性,”泰勒说,“他之前的研究项目都发展得十分迅速。”

  观测不纯净样本的问题在于,其产生的数据会十分混乱。扫描微生物菌落会产生数以千计的条形码,但是其中大部分都不知道与什么有关,相当于一堆没有注释的信息。“这就好像在昏暗的路灯下看东西,”德利斯特恩说,“人们只能‘看到’之前鉴定过的分子物质,但是绝大多数分子都是未知的。”扬松也认为这是这一领域目前的一个大挑战:“用质谱仪来分析特征是可行的,但仅凭这些特征仍很难鉴定分子物质是什么。”

  为了分析这些庞大的数据,德利斯特恩与UCSD的计算生物学家努诺·班代拉(Nuno Bandeira)合作,根据样品分子与已知分子的关系将条形码和分子物质分类,这使得研究人员开始从计算分析的角度预测上千种代谢物的结构和功能。但是目前依然有大量的数据没有得到注释:尽管世界范围内有数千人从事质谱研究工作,但大部分人只对他们感兴趣的几个分子进行了注释。

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