Democratization of Metaproteome Analysis by Combining Fully Automated Sample Preparation and AI-driven Data Analysis

Význam tématu

Metaproteomická analýza poskytuje detailní pohled na funkční exprese mikrobiálních komunit, které hrají klíčovou roli v lidském zdraví, průmyslových procesech či environmentálních systémech. Tradiční workflow však často vyžaduje náročnou manuální přípravu a odborné znalosti, což omezuje širší využití metody. Automatizace přípravy vzorků a nasazení umělé inteligence v analýze dat významně zjednodušují proces, zvyšují reprodukovatelnost a zpřístupňují hlubokou proteomickou analýzu širšímu okruhu uživatelů.

Cíle a přehled studie

Studie představuje kompletní end-to-end platformu pro metaproteomiku skládající se z automatizovaného systému AccelerOme™ pro přípravu vzorků a AI-řízené analýzy dat v Proteome Discoverer 3.0 s algoritmem CHIMERYS™. Cílem bylo maximalizovat proteomové pokrytí, zkrátit čas přípravy a snížit závislost na manuálních úkonech při zachování nejvyšší kvality výsledků.

Použitá metodika a instrumentace

Workflow zahrnovalo:

• Automatizovanou přípravu vzorků na platformě AccelerOme: lýza, redukce, alkylace a trypsinová digesce (1 hodina, 94% peptidů bez přeslechů) s nastavením do 20 minut.
• Chromatografii na Vanquish Neo UHPLC se sloupcem EASY-Spray PepMap Neo (75 µm×75 cm, 2 µm C18), tok 250 nL/min, gradient 5–28 % B v 105 min a 28–40 % B v 15 min, teplota 50 °C.
• Hmotnostní spektrometr Orbitrap Eclipse Tribrid s FAIMS Pro Interface (CV –35/–50/–65 V) pro zlepšení dynamického rozsahu.
• Software Proteome Discoverer 3.0 s dvěma zpracovatelskými workflow: Sequest-HT + INFERYS rescoring a AI-algoritmem CHIMERYS™ pro identifikaci z chimerických spekter.

Hlavní výsledky a diskuse

• Proteomové pokrytí: CHIMERYS™ umožnil identifikaci >13 200 proteinových skupin ve vzorku Microbiome Community Standard a >13 854 ve vzorku Gut Microbiome Standard.
• CHIMERYS vs konvenční workflow: až o 22 % více identifikovaných proteinů v experimentech bez FAIMS, +10 % při použití FAIMS.
• FAIMS Pro Interface zlepšil identifikace proteinů o 6,6 % (Community) a 6,3 % (Gut).
• Vysoká kvalita dat: alkylace >99,9 %, deamidace <1 %, 94 % peptidů bez přeslechů.
• Reprodukovatelnost kvantifikace: >93 % proteinů s CV <20 % při tripletních injekcích.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaná příprava zkracuje čas a minimalizuje chyby operátora, umožňuje vysokopropustné analýzy i v rutině QA/QC nebo výzkumných laboratořích bez specializovaných personálních kapacit. Kombinace s FAIMS a AI-algoritmem poskytuje hlubší vhled do složitých mikrobiomických vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozšíření na různé biologické matrice (půdy, vody, klinické vzorky).
• Integrace metaproteomiky s dalšími omickými daty (metagenomika, metabolomika) pro komplexní multiomické studie.
• Vylepšení AI-modelů pro real-time analýzu a prediktivní bioinformatiku.
• Miniaturizace a polní aplikace pro environmentální nebo klinické monitorování.

Závěr

Spojení automatizované platformy AccelerOme a AI-algoritmu CHIMERYS™ významně rozšiřuje dostupnost metaproteomických analýz. Výsledkem je vysoké proteomové pokrytí, výborná kvalita dat, reprodukovatelnost a zkrácení času obsluhy, což napomáhá demokratizaci metaproteomiky v různých oblastech výzkumu a průmyslu.

Reference

• Wilmes P. & Bond P.L. Metaproteomics: studying functional gene expression in microbial ecosystems. Trends Microbiol. 2006;14:92–97.
• Verberkmoes N.C. et al. Shotgun metaproteomics of the human distal gut microbiota. ISME J. 2009;3:179–189.
• Zolg D.P. et al. INFERYS rescoring: Boosting peptide identifications and scoring confidence of database search results. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2021;Special Issue May.