利用数据非依赖采集进行肺炎链球菌限制修饰系统对细菌蛋白组与代谢组调控的研究

Mass Spectrometry is widely applied in proteomics and metabolomics research. The information about many compounds with low abundance is missed in conventional data dependent acquisition (DDA) mode. The newly developed data dependent acquisition (DIA) mode can collect complete fragment information, facilitating compound confirmation. Recently, the illustration of new function of bacteria’s restriction modification (R-M) system indicates its close correlation with pathogenicity. We propose that the intercellular heterogeneity of DNA methylation caused by type I R-M system regulates bacteria’s proteome and metabolome; thereby has impact on its pathogenicity. Our research will focus on the question how heterogeneous DNA methylations regulate proteome and metabolome of bacteria and the association with pathogenicity. Here, we are building new methodology based on data independent acquisition for proteomic and metabolomic analysis.

质谱是研究蛋白质组学和代谢组学的重要手段。传统的组学利用的数据依赖采集模式（DDA）会丢失低丰度化合物信息，而新型的数据非依赖模式（DIA）可以采集完整的碎片信息，有助于组学研究。近期研究显示细菌的I型限制修饰（R-M）系统中hsdS基因可以进行序列重排，可能会导致其致病性的增强或改变。我们推测I型限制修饰系统中hsdS基因重排引起的甲基化序列的多样性会对细菌自身的蛋白组和代谢组进行调控从而引起致病性的改变。本课题将会从肺炎链球菌ST556菌株入手，利用基于质谱的蛋白质组学和代谢组学的DIA分析方法来研究hsdS基因重排对于细菌分子层面的影响，解答不同的甲基化位点对于细菌的蛋白和代谢起到了怎样的调控作用并如何影响其致病性这一问题。与此同时，我们将会建立创新性的DIA数据分析方法用于高通量蛋白质组学和代谢组学分析。

质谱技术可以同时检测多种分子，是生命科学及医学研究中的重要技术。基于质谱的分子鉴定需要使用二级碎片信息。数据依赖采集DDA模式由于在每个时间点只能采集10-20张二级谱图，极大的限制了代谢物检出覆盖率。因此，这个项目中希望能通过数据非依赖采集模式（DIA）来获取尽可能多的数据信息。迄今为止，基于轨道肼质谱(Orbitrap)的数据非依赖分析方法并不完善。本课题将会以质谱技术为手段，比较数据依赖采集方法（DDA）和DIA的方法，并利用 DIA的方法对 ST556 菌株不同hsdS基因序列进行分析。.这个项目主要研究内容分为两个部分。第一部分是建立数据非依赖的DIA采集方法来完成更加全面的数据采集。另一个部分是利用分子组学研究手段来探讨肺炎链球菌ST556菌株I型R-M系统中hsdS基因DNA重排变异对于分子水平的调控作用。.在本项目中，我们使用了multiplex结合的方法，建立了数据非依赖的数据采集模式，完成了宽质量范围的组学数据采集。同时，我们还和数据依赖采集DDA和全碎裂扫描AIF进行了比较。同时，我们还研究了肺炎链球菌ST556菌株S1突变体和S9突变中差异的代谢调控，发现了45个差异代谢物。其中主要的调控通路为氨基酸相关代谢通路，如Arginine and Proline Metabolism。同时，尿素循环和烟酰胺代谢通路也受到了明显的调控。.我们建立了方法可以广泛推广到生物医学相关研究的各个领域，可以为代谢调控相关工作提供有用的信息。