通过结构蛋白组探索人类肠道微生物组的功能见解
专题介绍
仅靠序列相似性，许多肠道微生物蛋白的功能仍难辨认。本期介绍约270万条蛋白质结构构成的资源，以及结构比较和Dense Enzyme Retrieval如何帮助寻找噬菌体酶和远缘同源酶。
专题背景
“科学进步依赖新技术、新发现和新想法，重要性大概也按这个顺序排列。”这句 Sydney Brenner 的名言指出了技术进步在推动科学突破中的重要性。本论坛围绕“生物信息工具开发：历程与应用”这一主题，汇聚一线开发者，分享他们在开发尖端生物信息工具中的宝贵经验和多样化的应用场景。通过深入了解这些工具的原理和背后故事，生物学家们能够迅速将前沿技术应用到自己的研究中，从而大幅提升工作效率。此外，论坛还致力于提升对开发人员在科研界重要角色的认知。对于早期开发者，通过论坛可以了解到不同开发人员的职业发展轨迹，为职业发展规划提供参考。
通过结构蛋白组探索人类肠道微生物组的功能见解
中国科学院深圳先进技术研究院 · 助理研究员
入选深圳市高层次人才。主要研究方向为肠道微生物生态调控、基于人工智能的蛋白质功能挖掘，以第一作者（含共同）在Cell Host & Microbe、Nature Biomedical Engineering、Nature communications、ISME Journal等期刊发表SCI论文十余篇，主持和参与国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目。
人体肠道微生物组包含大量功能尚不明确、但对宿主健康至关重要的蛋白质。由于进化分化，序列比对方法在推断这些微生物蛋白的功能时往往不尽如人意。为应对这一挑战，我们构建了人体肠道微生物蛋白结构数据库，其中包含约 270 万个预测的蛋白质结构。我们的研究发现，结构类比能够显著提升对噬菌体蛋白的功能注释。我们系统解析了噬菌体裂解酶的结构多样性，并验证了其清除肠道致病共生菌的潜力。此外，我们的结构指导策略在识别菌源—宿主同工酶方面也表现出强大的能力。通过结构比对，我们鉴定到此前未被识别的参与褪黑素合成的细菌酶。最后，我们提出了一种基于结构编码蛋白语言模型的无需比对方法——Dense Enzyme Retrieval，可以超快速且高敏感度地检测远缘同源蛋白。本研究强调了计算结构基因组学在解析人体肠道微生物组功能中的重要价值。
已选择第 1 场：通过结构蛋白组探索人类肠道微生物组的功能见解，刘红宾
参考文献
- Hongbin Liu, Juntao Shen, Zhiwei Zhang, Jiuming Wang, Chengxin Zhang, Linggang Zheng, Haoran Ni, Liang Hong, Jieqiong Zhang, Dongfang Xue, Jiayang Chen, Qinze Yu, Zepeng Qu, Yingfei Ma, Tong Si, Liangzhen Zheng, Sheng Wang, Changtao Jiang, Yu Li, Kai Wang, Lei Dai. Exploring functional insights into the human gut microbiome via the structural proteome. Cell Host & Microbe. 2026;34(1):167-185.e9. DOI: 10.1016/j.chom.2025.11.001
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