蛋白质是我们体内庞大的工蜂网络，它们各自执行不同的功能，从促进肌肉运动到启动思考。我们的基因大约能合成 20,000 种独特的蛋白质，这些蛋白质协同工作以执行复杂的生物过程——自 20 世纪中叶以来，这一系统在很大程度上一直让科学家们困惑不解。
在一项最近发表在《自然》杂志上的研究中，研究人员通过对九个物种中超过一百万个高度可预测的蛋白质相互作用进行测绘，基于 13,386 个蛋白质复合物内的匹配，揭示了这些蛋白质相互作用的一些线索。用通俗的话来说，该团队发现某些蛋白质在青蛙、老鼠、酵母和海胆等物种中协同工作，并且在人类中发现了以相同方式协同工作的等同蛋白质。该团队表示，这项测绘工作使我们对蛋白质相互作用的现有知识增加了两倍。
医学研究人员现在可以利用这份图谱，更准确地解读动物研究的发现。它也为进一步理解基因是如何通过进化从简单的生物体传递到更复杂的生物体提供了基础。
“我们正在努力揭示蛋白质如何组装以及如何执行其正常的生物学功能，”来自德克萨斯大学奥斯汀分校的首席研究员 Edward Marcotte 表示。“而我们获得的这张图谱有助于我们解读这些关系。”
正如您可能还记得生物课上学到的，不同的蛋白质执行不同的任务：血红蛋白负责在您的血液中输送氧气，胃中的胃蛋白酶帮助分解您吃的食物，肌动蛋白通过控制肌肉运动帮助您“行动”。它们由基因构建，基因是带有如何构建必要生物学组件指令的 DNA 片段。去年，两个研究团队测绘了人类蛋白质组，即体内蛋白质的完整列表。约翰霍普金斯大学潘迪实验室负责人 Akhilesh Pandey 表示，生物学中最重要的问题之一是我们不了解这些蛋白质是如何相互作用的。
“通过将（蛋白质）与我们了解其功能的蛋白质复合物联系起来，我们就能更接近于将每种蛋白质置于细胞内所有连接的巨大拼图的背景中，”Pandey 在一封电子邮件中写信给《大众科学》杂志。
了解这些蛋白质的等同物也使我们能够跨物种比较和检验医学假设，为更快、更有效的医学研究打开了大门。作为最初测绘蛋白质组的两个团队之一的负责人 Mathias Uhlen 表示，即使在现代医学中，我们对蛋白质相互作用的了解也仍然有限。
“如今，在制药行业，所有药物和治疗都以人体内的 620 种蛋白质为目标，”Uhlen 说。“通过了解体内蛋白质复合物以及动物模型中的相互作用，这或多或少是所有医学发展必须依赖的基础。这对未来的所有发展都非常重要。”
这项研究的一个发现详细描述了“指挥者”复合物，这是一个由十二种蛋白质组成的系列，它们协同工作，存在于人类、青蛙、苍蝇和海胆中。在人类中，该复合物中的一种蛋白质与眼睛、头骨和大脑的畸形有关。在蝌蚪中识别并干扰这种蛋白质后，研究人员发现在胚胎发育过程中出现了眼睛、头骨和大脑的相同畸形。
该研究的实验依赖于从每个物种中提取干细胞样本，并使用质谱仪进行分析——质谱仪利用质量和电荷来帮助识别生物样本中的特定化学物质。Marcotte 将这项技术描述为粉碎蛋白质复合物，然后检查各个部分。通过这种方法，科学家们观察到哪些蛋白质在复合物中协同工作，并比较了它们在不同物种中的结构。Marcotte 表示，这一切都得益于质谱技术近期的进展，这些进展使得该过程更加精确和快捷，尤其是在处理大量数据时。
Uhlen 将他的实验室以及 Marcotte 在德克萨斯大学奥斯汀分校和多伦多大学唐纳利中心所做的工作，比作千禧年之交绘制人类基因组的努力。正如基因组研究持续进行一样，Marcotte 表示下一步是深入挖掘，进一步绘制细胞内的相互作用。他们的数据也可以在互联网上查阅，您可以在其中深入了解您感兴趣的宏观分子动物复合物。
