2016年，10x Genomics公司推出ChromiumTM系統，這是一套分子條形碼和分析系統，由儀器、試劑盒和信息學軟件組成，能全面對接Illumina測序儀。
當你到達它時，盒子水母只是粘性物質。它們的大部分體積是mesoglea，一種非生命的果凍狀物質，夾在兩個薄薄的組織層之間。它們沒有牙齒可咬，沒有爪子可以劃傷 - 當我們想象一個無情的捕食者時，我們通常都沒有想到的武器。然而，這些無骨無腦的盒子是地球上最致命的動物之一。箱形水母Chironex fleckeri 可以在不到五分鐘的時間內殺死一個成年男子，它的觸須中含有的毒液中含有一些世界上最快速，最強效的毒素。
然而，這些毒素究竟是什么，仍然是一個神秘的東西。科學家們幾十年來一直試圖確定盒狀果凍毒液的成分，但只發(fā)現了它的一些有效成分。雖然還有更多需要學習的內容，但上周，澳大利亞昆士蘭州的一個研究小組發(fā)布了迄今為止最廣泛的Chironex 毒液蛋白分析，揭示了這些凝膠狀殺手配備的一些不同的武器庫。
盒子果凍，像刺胞動物門的其他成員一樣，在它們的觸須上裝有刺痛的細胞。在每一個中都是稱為刺絲囊的結構，其包含毒液和生物線上的魚叉狀結構。當刺細線被觸發(fā)時，它們的魚叉以每小時超過40英里的速度射出，產生與一些子彈一樣多的穿透力。盒狀果凍的受害者可能在幾秒鐘內被數百萬個這些微小的刺痛細胞擊中，造成巨大的痛苦傷痕。在嚴重的情況下，毒液引起全身效應，包括急性心血管衰竭和死亡，在幾分鐘或更長時間內延遲但可能致命的癥狀 - 一種稱為Irukandji綜合癥的病癥。
“盡管這種水母對澳大利亞(以及世界范圍內的類似物種)產生了經濟和醫(yī)療影響，但我們對毒液的確切含義知之甚少，”QIMR Berghofer醫(yī)學研究傳染病與癌癥小組負責人Jason Mulvenna解釋說。研究所和該論文的合著者發(fā)表在 BMC Genomics上。該團隊的目標是迄今為止對Chironex毒液進行最深入的分析 ，產生蛋白質組(存在蛋白質的文庫)和轉錄組(表達基因的文庫)。
近年來，這種方法的組合變得越來越流行，因為技術進步為更快更容易的基因測序以及更精確的蛋白質測定打開了大門。雖然他們可以使用遺傳或蛋白質組學方法來觀察毒液蛋白，但這種組合特別有效。轉錄組告訴你哪些基因正在被積極表達，但很難說哪些基因實際上是毒液毒素，哪些基因參與日常細胞維持。同樣，雖然蛋白質可以直接測序，但是如果沒有遺傳信息，很難理解那種數據，而且Chironex沒有公開的基因組。因此，使用這兩種方法是團隊成功的關鍵。
從遺傳方面來看，他們使用下一代測序構建了一個觸手轉錄組。這是通過分離出所有信使RNA序列(或“轉錄物”)來完成的 - 這是從基因到蛋白質的途徑的第一步。然后他們將這些切成小塊并對它們進行測序。就像從10個單詞的句子片段重新創(chuàng)建一本書一樣，團隊能夠使用特殊的計算機程序來對齊小塊，最終創(chuàng)建表達基因的庫。
然后是蛋白質方面的時間。為了構建一個'蛋白質組'，該團隊必須將毒液與果凍觸須隔離開來。與蛇或蜘蛛不同，水母不能“擠奶” - 因此團隊必須將刺絲囊與新鮮的觸須分開，使它們“刺痛”，然后將毒液從膠囊本身分離出來。然后可以將該毒液產物分離成單獨的組分并使用凝膠電泳，液相色譜和質譜分析進行鑒定。
觸角產生超過20,000個預測的蛋白質序列，研究人員將其與UniProt數據庫中的已知蛋白質進行比較，以識別潛在的毒素。他們最終得到了來自十個不同蛋白質家族的179種可能的毒素。他們的串聯蛋白質組學分析特異性地鑒定了其中13種具有相對高豐度的毒液：7種蛋白酶，其中4種是金屬蛋白酶，含有α-巨球蛋白結構域的蛋白質，2種過氧化物酶毒素，2種CRISP蛋白質和類似于turripeptide的蛋白酶抑制劑。 今年早些時候的另一項研究同樣構建了轉錄組，兩個研究小組都發(fā)現了金屬蛋??白酶和蛋白酶抑制劑。
研究小組還發(fā)現了已知的多種成核蛋白或孔蛋白的新變種，這些蛋白已經在多種物種中被發(fā)現。當科學家們開始他們的探索時，Chironex fleckeri 知道了四個人 - 該團隊找到了十五種不同變種的證據 。
“我們現在知道有一大堆獨特的毒素，只有在水母中才能找到，這可以解釋為什么箱形水母是人類已知的最有毒的生物之一，”Mulvenna說。
“現在我們知道水母毒液中有什么東西可以做兩件事; 我們可以開始為水母蜇傷提出新的治療方法，直接針對我們在毒液中發(fā)現的蛋白質; 我們可以開始看看這些新型毒素是否對我們有用，“Mulvenna解釋道。更有針對性的療法是一個受歡迎的想法，因為之前的研究質疑盒裝果凍抗蛇毒血清是否有效。最近的一項研究表明，例如，在動物毒液模型中，孔蛋白毒素的特定阻斷劑比抗蛇毒血清的效果要好得多?，F在有了新的目標需要考慮，科學家們可以創(chuàng)造一種更好的治療方案來阻止毒液最致命的活動。
也許具有諷刺意味的是，這些致命的活動也可以被利用。越來越多的科學家正在開采有毒動物用于新型藥物。畢竟，這些動物已經有數百萬年的時間來磨練它們的毒素 - 例如，果凍已經存在了大約6億年，沿途調整它們的毒液。雖然藥物發(fā)現的過程漫長而艱難(因此任何盒裝果凍衍生藥物都需要幾年甚至幾十年的生產時間)，但本研究中創(chuàng)建的毒素數據庫現在可以篩選出有用的活動，如抗癌特性。
雖然結合的方法允許這些新發(fā)現，但仍有許多工作要做。“使用這種技術的好處是速度和成本 - 我們可以快速生成轉錄組并使用蛋白質組學來改進和糾正它，”Mulvenna解釋道。然而，所使用的方法可以忽略以較低濃度存在的有效毒素，因此需要進一步研究以檢測和測序較少量的蛋白質。
此外，在沒有基因組作為指導的情況下正確組裝整個轉錄組有點像在通過粉碎機后將數百頁文本拼湊在一起。當短序列映射回構造的全長序列時，錯誤突出; 在這種情況下，44%的短序列不匹配，Mulvenna說這是“裝配錯誤的結果。”這表明即使采用雙重方法，也會產生我們仍然不知道的蛋白質。 。
研究設計也只能檢測蛋白質毒素。許多毒液都是復雜的化學混合物，含有多種毒素。但就目前而言，該團隊已經綽綽有余。
“現在，當我們開始研究單個蛋白質以了解它們的作用以及為什么它們如此有效時，開始變得有趣，”Mulvenna說。
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