動物科學中蛋白質組學技術的應用

夫浩

摘 要：現階段，社會進步迅速，隨著國家力量的強盛和經濟水平的發展，畜牧養殖業也取得飛速發展，但隨著畜牧養殖向集約化、規模化發展，勢必引起養殖環境的惡化，由此帶來的畜產品質量問題已成為困擾人們日常生活的重大問題，這也為畜牧從業者和研究者帶來挑戰。目前解決這一問題的出路就在于動物營養和健康養殖兩方面。蛋白質組學技術為動物蛋白質種類鑒定、功能互作提供了可靠的理論依據，可在動物營養與健康養殖研究領域發揮重要作用。文章在概述蛋白質組學技術具體內容的基礎上，對目前該技術在動物營養研究、動物健康養殖領域內的實際應用做了分析和探討，旨在為這項技術能更好的服務于畜牧養殖行業提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：動物科學;蛋白質組學技術;應用

引言

人類基因組計劃的不斷發展讓生命科學的研究得到了更多的進步，蛋白質作為結構功能和生理功能的直接體現者，能夠對生命現象的本質和規律進行了有效的闡述。在細胞和生命整體水平上的深入研究中，蛋白質組學得到了迅速的發展，同時也成為了一門強大的學科。

1蛋白質組學的概述

蛋白質組學指的是運用分子生物學先進的科學儀器和技術手段，對生物體細胞或組織中的蛋白質進行鑒定，并分析當研究對象處于不同生長階段或生理環境中蛋白質所發生的一系列變化，進而探討研究環境和自身因素的改變對細胞代謝、蛋白質功能、互作及對機體整體代謝的影響，力求在蛋白質水平上解釋生命的現象和本質。蛋白質組學研究分類的方法很多，一般情況下都是依據蛋白質組學方面研究的方法策略和研究目的進行分類，在此依據蛋白質組學研究的目的可以將其簡單分為以下幾種類型。表達蛋白質組學：表達蛋白質組學（也可稱之為差異蛋白質組學），既可以對同一物種組織細胞處于不同狀態時的蛋白質組表達差異進行研究，亦可對不同物種的蛋白質組表達差異進行研究（Walther，等2010）。蛋白質表達差異對鑒定、識別信號轉導過程中的關鍵蛋白質、組織或體液中的生物標志物及藥物靶標等方面有重大意義。結構蛋白質組學：蛋白質的三維結構是蛋白質生化和功能信息的載體，而結構蛋白質組學正是因此出現的，其主要研究對象是機體蛋白質及其復合物相關的三維結構和細胞器中蛋白質的三維結構，最終的目的是鑒定細胞器中所有的蛋白質，探索蛋白質與蛋白質之間的互作。功能蛋白質組學：功能蛋白質組學是研究蛋白質生物功能的學科，其研究范圍廣，包含諸多定向和專一性的蛋白質組學研究途徑。某些情況下，也可利用親和色譜分離特殊的亞蛋白質組。功能蛋白質組學技術也可利用技術手段先分離蛋白質復合物和特殊蛋白質，然后分析鑒定分離后的蛋白質，最終獲得機體蛋白質相關信號、某些疾病發生的機理及藥物相互作用等重要的生物信息。

2優化措施分析應用

2.1在動物繁殖研究中的應用

想要在蛋白質組學水平上對豬卵母細胞成熟的分子機制進行研究，就需要利用蛋白質的差異表達對其進行重點分析。Peddinti等人在牛的不同繁殖力精子蛋白進行研究的過程中，利用高效液相色譜串聯質譜技術能夠發現，高繁殖能力和的地繁殖能力的精子之間是存在蛋白質一百多個蛋白質差異性的，它還能通過信號通路對高繁殖力表型相關的分子標志進行推測。

2.2蛋白質組學在動物疾病研究方面的應用

蛋白質組學能為動物蛋白質種類鑒定分析、功能互作提供一定的理論依據，也能在動物健康養殖研究領域發揮重要作用。病毒、細菌等的病原體感染可引起動物患上多種疾病，嚴重威脅動物健康。關于動物疾病診斷及預防的研究大多停留在表觀層面上，近年來，蛋白質組學在動物病理學及疾病生物學標記檢測中展示了廣闊的應用前景。沙門氏菌是造成動物消化道感染，引發腹瀉及腸炎等多種疾病的罪魁禍首。研究發現，沙門氏菌感染會影響豬免疫、細胞調亡及病原體介導的細胞浸潤等功能的相關蛋白質表達。利用雙向熒光差異凝膠電泳技術（2D-DIGE）對感染了鼠傷寒沙門氏菌的斷奶仔豬小腸黏膜蛋白組進行分析鑒定，結果發現，鼠傷寒沙門氏菌嚴重干擾了仔豬小腸黏膜的糖異生途徑和RhoGDI/RhoA信號通路，而角蛋白及中間纖維蛋白的表達變化在感染動物和造成黏膜損傷中至關重要。采用蛋白質組學技術與轉錄組學相結合的方式對感染沙門氏菌后的雞盲腸進行研究，結果表明，在該細菌感染兩周內，雞盲腸中炎癥反應相關因子的表達呈先上升，14d后趨于正常的情況，而免疫球蛋白IgA、IgG表達量在感染14d后顯著上升，揭示雞盲腸中的免疫球蛋白對于抵御沙口氏菌的感染起關鍵作用。某些疾病在發生過程中常常會導致體液中某些蛋白質的種類和豐度發生改變。利用差異蛋白質組學技術發現其中潛在的生物學標記已成為診斷和預防動物疾病的重要手段之一。有學者對健康和患全身性疾病的豬唾液進行差異蛋白質組學研究發現，在患病組中有10種特異性蛋白質的表達量顯著上升。豬繁殖與呼吸障礙綜合征（PRRS）是以母豬繁殖障礙和仔豬嚴重的呼吸道癥狀及高死亡率為特征的豬病毒性傳染病。

2.3代謝工程

光遺傳學最近也開始被應用在代謝工程領域。代謝工程（metabolicengineering）利用基因工程技術對微生物細胞內的生化代謝途徑進行修飾、改造和調控，從而實現從廉價原料到目標化學品的生物合成。這種生物合成方法相對于化學合成而言是一種更加經濟、環保和可靠的工業生產方法。目前已經有大量的產品可通過微生物工業發酵的方式獲得，包括精細生化制品（氨基酸、維生素、抗生素等）、藥物前體（青蒿素、鴉片類藥物等）、生物燃料（乙醇、異丁醇等）和高分子聚合物（多聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯等）。因此，代謝工程領域的進步極大地推動了工業經濟的發展。從工業原料到目標產品的生物合成一般都經歷數十步的酶促生化反應，因此研究人員往往通過引入、敲除或調控酶基因以實現對細胞內代謝網絡的調控，這也構成了代謝工程研究領域的一個主要分支。現有的基因編輯策略大致可以分為以下幾類：通過酶蛋白的優化和過表達來提高關鍵反應節點的酶活性;通過抑制基因表達或敲除特定基因以抑制生成副產物的代謝途徑;通過提高轉運蛋白載體的運輸效率來加快代謝反應過程等。

2.4在動物產品研究中的應用

Bouley等人通過對2-DE和MS技術進行利用，可以構建并繪制出牛的半肌腱肌肉的蛋白質圖譜，然后通過技術定位可以發現，大多數蛋白與細胞代謝是有著重要關聯的。Remignon等人通過對禽類的肌肉蛋白片段進行分析可以發現，蛋白質的改變可以直接影響到家禽PSE肉綜合征的發生。Wang等人在對2-DE和LC-MS/MS技術進行結合之后，對對中雞蛋蛋清的蛋白質豐度進行一定的檢測和分析沒然后發現多種蛋白質豐度都存在著顯著的差異。Dileep等人還發現雞蛋在儲藏期間的蛋清蛋白質組學會發生一定的變化，并且不同蛋白質的豐度也會發生不同的變化，這些變化也與蛋清的稀薄化有著很大的關系。

結語

綜上所述，在生物技術的不斷發展與進步之下，動物科學研究中的蛋白質組學研究也正在不斷的發展，為畜牧生產實際能夠提供充分的理論依據和現實根據。希望在不久的將來，應用蛋白質組學技術為動物科學研究可以提供更多的依據。

參考文獻

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[2] 夏冰.基于SWATH技術的斷奶仔豬腸道黏膜蛋白質組學研究[D].中國農業科學院，2018.

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