BMC Biology

Lớp chất nhầy đường ruột đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng giữa chủ thể và hệ vi sinh vật. Để ghi nhận sự tương tác giữa chủ thể và hệ vi sinh vật, chúng tôi đã sử dụng các mô hình gnotobiotic để nghiên cứu ảnh hưởng của hai loại vi khuẩn cộng sinh chính, Bacteroides thetaiotaomicron và Faecalibacterium prausnitzii lên lớp chất nhầy đường ruột này. B. thetaiotaomicron được biết đến với khả năng sử dụng polysaccharide từ chất nhầy, nhưng cho đến nay, ảnh hưởng của nó đối với các tế bào goblet vẫn chưa được nghiên cứu. F. prausnitzii có tầm quan trọng sinh lý đặc biệt vì nó có thể được coi như một cảm biến và dấu hiệu của sức khỏe con người. Chúng tôi đã xác định xem liệu B. thetaiotaomicron có ảnh hưởng đến sự biệt hóa của tế bào goblet, tổng hợp mucin và glycosyl hóa trong niêm mạc đại tràng hay không. Chúng tôi đã điều tra cách mà F. prausnitzii ảnh hưởng đến phản ứng của niêm mạc đại tràng trước B. thetaiotaomicron.

B. thetaiotaomicron, một vi khuẩn sản xuất acetate, đã làm tăng sự biệt hóa của tế bào goblet, sự biểu hiện của các gen liên quan đến chất nhầy và tỷ lệ mucin có sialyl hóa so với mucin có sulfát trong các con chuột đơn hợp. Do đó, B. thetaiotaomicron kích thích dòng tế bào tiết, thúc đẩy việc sản xuất chất nhầy. Khi B. thetaiotaomicron kết hợp với F. prausnitzii, một vi khuẩn tiêu thụ acetate và sản xuất butyrate, các hiệu ứng lên tế bào goblet và glycosyl hóa mucin đã giảm thiểu. F. prausnitzii bằng cách làm giảm tác động của B. thetaiotaomicron lên chất nhầy, có thể giúp niêm mạc duy trì tỷ lệ thích hợp của các loại tế bào khác nhau trong dòng tiết. Sử dụng một dòng tế bào sản xuất chất nhầy, chúng tôi đã cho thấy rằng acetate đã điều chỉnh KLF4, một yếu tố phiên mã liên quan đến sự biệt hóa của tế bào goblet.

B. thetaiotaomicron và F. prausnitzii, với khả năng chuyển hóa bổ sung cho nhau, điều chỉnh, in vivo, hàng rào chất nhầy đường ruột bằng cách thay đổi các tế bào goblet và glycosyl hóa mucin. Nghiên cứu của chúng tôi làm rõ tầm quan trọng của sự cân bằng giữa hai loại vi khuẩn cộng sinh chính trong việc duy trì sự ổn định của niêm mạc đại tràng thông qua các tác động tương ứng của chúng lên chất nhầy.

Dự đoán cấu trúc protein ba chiều từ chuỗi axit amin là một vấn đề quan trọng chưa được giải quyết trong sinh học cấu trúc tính toán. Vấn đề này trở nên tương đối dễ hơn nếu các protein đồng hình gần gũi đã được giải quyết, vì các mô hình độ phân giải cao có thể được xây dựng bằng cách căn chỉnh các chuỗi mục tiêu với các cấu trúc đồng hình đã được giải quyết. Tuy nhiên, đối với các chuỗi không có hình dạng tương tự trong thư viện Protein Data Bank (PDB), các mô hình phải được dự đoán từ đầu. Tiến bộ trong việc mô hình hóa cấu trúc ab initio diễn ra chậm. Mục tiêu của nghiên cứu này là mở rộng phương pháp TASSER (threading/assembly/refinement) cho mô hình hóa ab initio và đánh giá khả năng của nó trong việc gấp các protein đơn miền nhỏ một cách hệ thống.

Chúng tôi đã phát triển I-TASSER bằng cách thực hiện lặp lại phương pháp TASSER, được sử dụng trong việc kiểm tra gấp cho ba tiêu chuẩn của các protein nhỏ. Đầu tiên, dữ liệu về 16 protein nhỏ (< 90 dư vị) được sử dụng để tạo ra các mô hình I-TASSER với độ lệch căn bản C_α trung bình (RMSD) là 3.8Å, trong đó 6 mô hình có C_α-RMSD < 2.5Å. Kết quả tổng thể tương đương với mô phỏng ROSETTA toàn nguyên tử, nhưng thời gian xử lý trung tâm (CPU) của I-TASSER ngắn hơn nhiều (150 ngày CPU so với 5 giờ CPU). Thứ hai, dữ liệu về 20 protein nhỏ (< 120 dư vị) được sử dụng. I-TASSER đã gấp bốn trong số đó với C_α-RMSD < 2.5Å. Độ lệch căn bản C_α-RMSD trung bình của các mô hình I-TASSER là 3.9Å, trong khi nó là 5.9Å khi sử dụng phần mềm TOUCHSTONE-II. Cuối cùng, 20 protein nhỏ không đồng hình (< 120 dư vị) được lấy từ thư viện PDB. Độ lệch căn bản C_α-RMSD trung bình là 3.9Å đối với tiêu chuẩn thứ ba, với bảy trường hợp có C_α-RMSD < 2.5Å.

Các kết quả mô phỏng của chúng tôi cho thấy rằng I-TASSER có thể dự đoán một cách nhất quán các hình thức chính xác và đôi khi là các mô hình độ phân giải cao đối với các protein đơn miền nhỏ. So với các phương pháp mô hình hóa ab initio khác như ROSETTA và TOUCHSTONE II, hiệu suất trung bình của I-TASSER tốt hơn rất nhiều hoặc tương tự trong thời gian tính toán thấp hơn. Dữ liệu này, cùng với hiệu suất đáng kể của máy chủ I-TASSER tự động (máy chủ Zhang) trong phần 'mô hình miễn phí' của thí nghiệm Đánh giá quan trọng về Dự đoán Cấu trúc (CASP)7 gần đây, cho thấy những tiến bộ mới trong việc tạo mô hình ab initio tự động. Máy chủ I-TASSER có sẵn miễn phí cho người dùng học thuật http://zhang.bioinformatics.ku.edu/I-TASSER.