通过安德里亚•安德森
纽约(基因组网新闻)-在一篇今天出现在网上的论文中科学，来自哈佛大学和多伦多大学的研究人员报告说，他们已经找到了答案评估单分子蛋白质组以及个体的转录组谱大肠杆菌细胞。
“这篇文章是单分子遇到系统生物学的地方，”资深作者、哈佛大学化学和化学生物学研究员Sunney Xie说基因组网每日新闻．“这是蛋白质组首次被描述为对任何生物体的单分子敏感性。”
利用单分子成像大肠杆菌从黄色荧光蛋白融合库中提取的菌株，该团队测量并比较了个体的蛋白质和mRNA水平大肠杆菌细胞。他们发现，特定基因的mRNA水平与单一基因中相同基因产物的蛋白质水平并不相关大肠杆菌细胞——显然是由于基因表达的随机性质以及mRNA和蛋白质在细胞中持续时间的差异。
这项研究依赖于一种黄色荧光蛋白(YFP)库，该库是通过调整一种蛋白质而创建的大肠杆菌由多伦多大学蛋白质组学和生物信息学研究员Andrew Emili开发的质谱库。
通过将不同的基因融合到每个细胞的黄色荧光编码序列大肠杆菌在菌株中，研究人员可以通过对每个菌株的单个细胞进行成像并量化荧光水平来系统地观察蛋白质水平。
Xie指出，与此同时，他们使用针对YFP基因本身的单分子FISH同时测量了mRNA水平——这种方法绕过了细菌基因转录物二级结构差异带来的潜在并发症。
“我们已经在单细胞水平上为革兰氏阴性细菌的蛋白质组和转录组提供了丰度和噪声的定量分析大肠杆菌该团队写道。“鉴于功能基因的一些蛋白质和大多数mrna在细菌细胞中以低拷贝数存在，我们测量所提供的单分子灵敏度对于理解随机基因表达和调控是必要的。”
当研究人员描述系统中的分布或“噪声”时，他们发现这种噪声在低水平时与基因表达水平成反比，但在高水平时这种噪声保持不变。
Xie解释说，在较低的表达水平上，系统是由固有噪声主导的——换句话说，个体分子生化反应的随机性质。
总的来说，研究小组发现所有的大肠杆菌谢教授说，检测到的基因在一定程度上得到了表达——有些是因为它们在细胞中有功能上的必要，有些是因为系统中的“泄漏”。他解释说，在单细胞中，不可能比较单细胞中表达极低的基因的基因表达和蛋白质水平。
但他们可以将这些水平与更高表达的基因进行比较，表明每个基因的mRNA水平和蛋白质水平在单细胞中彼此并不相关。
谢教授说:“令人惊讶的是，我们发现在同一个细胞中，同一基因的mRNA拷贝数和蛋白质拷贝数完全不相关。”“这与信使rna是短命的这一事实有关，至少在细菌中是如此，而蛋白质是长寿的。”
他解释说，因为基因表达往往是一个随机过程，mRNA在细胞中突然出现。例如，由于与蛋白质相比，mRNA的寿命相对较短，在mRNA转录物被降解后，蛋白质水平可能很高。换句话说，Xie说，mRNA水平反映了细胞最近的历史，而蛋白质水平反映了以前的细胞事件。
“这个结果强调了单细胞蛋白质组和转录组分析之间的脱节，”他和他的合著者写道，“以及单细胞蛋白质组分析的必要性。”
基于的研究结果大肠杆菌谢教授还提醒说，在试图根据单细胞的mRNA水平来破译蛋白质水平时需要小心。他补充说，这些问题可以通过平均许多细胞或随着时间的推移制作细胞电影来解决。
“这为那些想要通过RNA-Seq进行单细胞mrna分析的人，至少是对细菌，提供了一个警示，”谢说。“大量的细胞，这不是问题——如果你平均很多细胞的话。”
这项研究可能还有其他意义。在一个观点的文章出现在同一期的科学例如，新泽西医学和牙科大学公共卫生研究所的研究人员桑杰·泰亚吉指出:“现在有了关于相当大一部分基因的mrna和蛋白质的表达水平和潜在变异的可靠知识大肠杆菌基因组，有可能探索噪音如何沿基因表达途径传播，其中一种蛋白质的数量可以影响另一种蛋白质的表达。”
“研究人员还可以研究细胞如何协调需要协同工作的蛋白质的表达，”Tyagi补充说，“例如多亚基蛋白质或代谢周期内的蛋白质。”