细菌细胞外囊泡(bacterial extracellular vesicles,BEVs)是由革兰阴性菌或革兰阳性菌产生的纳米级膜性颗粒,携带多种菌源性物质,如脂质、蛋白质、核酸等[
与无活性的人工合成纳米材料相比,BEVs具有良好的稳定性与生物相容性,可更精准地与特定组织或细胞相互作用,有望成为新兴的药物递送载体。此外,BEVs具有天然的免疫原性,其携带的菌源性物质能够有效调节免疫系统活性,可以作为疫苗载体或免疫调节剂,这进一步彰显了BEVs在疾病预防中的应用潜力。然而,当前BEVs研究仍面临重重困难。BEVs来源多样,组成复杂,目前缺乏有效的分离和表征方法,严重限制了BEVs实际临床诊疗中的应用。基于上述背景,由汇集了经验丰富的医学检验领域专家、微生物学专家和材料生物学专家组成的工作组提出了BEVs命名与分离检测基本研究方法的优化建议,并形成了本专家共识。希望本共识的发表能够为深入挖掘BEVs在各种临床场景中的应用潜力提供支持,促进高质量研究持续开展。
本共识由中国细胞外囊泡学会(CSEV)微生物囊泡专家组(以下简称专家组)牵头制订。2023年7月26日启动,成员间多次线上线下反复讨论形成初稿,之后召开3次专家组研讨会,最终针对推荐意见进行投票表决,于2023年12月25日完成定稿。本共识专家组成员均填写了利益声明表,不存在与本共识直接相关的利益冲突。
本共识已经在国际实践指南注册与透明化平台(International Practice Guidelines Registry Platform,IPGRP.
本共识适用于不同院校、科研机构、生物技术公司及不同等级医院从事BEVs研究的人员,包括但不限于BEVs研究者、微生物学家、实验技术员和临床医/技师等,涵盖常用的BEVs分离检测技术与基本方法,旨在为BEVs基础研究提供参考,需根据实验需求、研究平台、经费等具体情况酌情参考应用。
专家组通过问卷调研的形式,初步拟定了BEVs基础研究中面临的核心问题,经反复讨论修改,最终围绕五大问题(术语命名、样本收集和前处理、BEVs的分离与表征及BEVs的下游分析)展开,并形成了15条推荐意见。
专家组针对最终纳入的五大核心问题,按照BEVs研究中涉及的不同样本类型、技术原理和分析手段对其进行解构,并通过检索 PubMed、Web of Science、万方和中国知网数据库,综合国内外研究进展选择循证医学证据,最终将150篇文献或指南纳入引文。
专家组根据选定的文献证据,对每个核心问题及凝练的相应推荐意见的必要性和重要性进行二轮审稿讨论,对于证据不充分或相互矛盾的建议进行补充和完善。根据评估、制订及评价分级(grades of recommendation,assessment,development and evaluation,GRADE)办法,专家组对更新的共识条目进行多轮投票表决(强或弱、赞成或反对),最终制定完善的推荐意见分级(
本指南推荐意见的证据质量和推荐等级
级别 | 说明 |
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证据质量 | |
高 | 研究证据充足,研究方法普适性强 |
中 | 研究证据较为充足,研究方法有一定适用性 |
低 | 研究证据有限,研究方法适用性较低 |
极低 | 研究证据非常有限或缺乏,研究方法不适用 |
推荐等级 | |
强推荐 | 一致同意(支持意见>80%) |
弱推荐 | 基本一致共识,争议小(支持意见60%~80%) |
专家建议 | 支持意见<60% |
目前尚未针对BEVs制定统一的命名规则,其主要以来源的母细菌的革兰染色属性进行归类。(1)来自革兰阴性菌的BEVs被称为外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs);(2)来自革兰阳性菌的BEVs被称为细胞质膜囊泡(cytoplasmic membrane vesicles,CMVs)。随着高分辨率流式细胞仪、透射电子显微镜和冷冻电子显微镜等技术的不断革新,人们对革兰阴性菌和革兰阳性菌释放BEVs的方式有了更深入的认识,由此将革兰阴性菌BEVs划分为OMVs、外内膜囊泡(outer-inner membrane vesicles,OIMVs)、爆炸式外膜囊泡(explosive outer membrane vesicles,EOMVs)和爆炸式外-内膜囊泡(explosive outer-inner membrane vesicles,EOIMVs)四大类,而革兰阳性菌BEVs根据是否经内溶素(endolysin)作用分为裂解产生的爆炸式细胞质膜囊泡(explosive cytoplasmic membrane vesicles,ECMVs)和起泡机制产生的CMVs[
为了推动BEVs检测、鉴定与分析的基础研究,并进一步拓展其在疾病诊断和治疗中的应用,更准确的BEVs命名规则亟需形成。在此,工作组建议天然BEVs的命名应至少涵盖细菌菌种来源,同时可以缩写属名以保证名称的简洁性,如大肠埃希菌(
近年来工程化BEVs在基础研究、生物技术等领域发挥了重要作用,尤其在药物递送、疫苗开发等方面具有良好的临床应用潜能,激起研究者的广泛关注。工程化BEVs通常经过改良,加入特定分子(异源抗原或疫苗、抗感染药物及抗肿瘤药物等)以达到或增强其预期效果。相关研究中针对工程化BEVs的命名主要以工程化物质与BEVs类型作为切入点,例如,工程化构建的负载程序性死亡受体1的革兰阴性菌来源的外膜囊泡可以表示为OMVs-PD1[
不同细菌的培养条件各异,应根据其本身的特性,选择适宜细菌生长的培养基,并在适宜的生长温度下将细菌培养至对数生长期,在此基础上采用差速离心步骤进行前处理,获得用于后续BEVs分离的菌液上清。在细菌培养液收集和前处理的整个过程中,需要重点考虑以下几个方面。
1.培养条件:BEVs的分泌量受各种理化因素影响,为特定菌株选择适宜的培养条件至关重要。此外,通过对培养条件进行适当调整,有助于改变BEVs产量。先前的研究表明,在压力选择下,细菌会对环境变化做出反应[
2.菌株代数和生长时期:反复培养的菌株产生的BEVs在颗粒浓度和携载物质方面可能与原始菌株的BEVs存在差异,导致其发挥的生物学功能变异,且处于不同生长时期的细菌的BEVs分泌量也可能不同。一般情况下,应使用5代内菌株,在对数生长期进行BEVs分离[
3.质量控制:当对BEVs进行粒子浓度测定以量化BEVs产量时,建议使用细菌数来归一化。此外,相关研究表明,培养基(如常用于细菌培养的脑心浸出液肉汤)中含有大量细胞外囊泡(extracellular vesicle,EVs)样纳米颗粒,这些污染成分极大程度上影响了BEVs分离纯度与组学分析,因此,有必要采取超滤等手段,在细菌培养前且不影响BEVs分泌特性的前提下,预先去除培养基中的外源性干扰物质[
4.离心过程:细菌培养液推荐使用差速离心法进行菌株和上清液的初次分离[
BEVs存在于人体多种生物体液中,如血液、尿液、唾液、鼻腔分泌物、乳汁、支气管肺泡灌洗液、胆汁等,每种生物体液都具有特定的生物物理和化学特性,大大增加了BEVs分离的复杂性。此外,样本收集和前处理的方法可能会在很大程度上影响细菌丰度和BEVs回收率,进而影响后续BEVs组学和功能分析。为了实现更准确、高效的BEVs分析,亟需建立从复杂生物体液样本中分离BEVs 的标准化策略,其中,样本收集和前处理是至关重要的环节。
在前处理阶段,生物体液的黏度、体积和处理模式是关键因素[
生物体液样本收集中的注意事项
项目 | 内容 | 注意事项 |
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患者信息 | 年龄;性别;种族;体格检查:包括身高、体重、血压等;临床数据:包括实验室和影像学指标;生活方式:包括吸烟、饮酒、饮食结构、体育锻炼和作息等 | 遵循生物医学研究伦理委员会准则和法规,尊重个人隐私;详细记录临床数据和样本信息,以便后续对细菌细胞外囊泡产量等进行归一化,并探索其在机体内的异质性[ |
样本收集 |
容器(如血标本管类型、材质、密封性);时间(如晨尿、随机尿、24 h尿);类型(如静脉血、指尖血等) 样本状态(如黏稠度、是否溶血、是否脂浊、是否受到微生物污染等);体积;化学物质使用情况(如蛋白酶抑制剂、防腐剂、抗凝剂等) |
按照标准操作规程执行,最大程度确保无菌;严格遵循美国卫生与人类服务部的建议,采取生物安全措施;样本特性(如黏度)影响细菌丰度和细菌细胞外囊泡回收率[ |
样本运输 | 方式(如医疗运输箱,冰上直立或平放,避光);温度(室温、2~10 ℃);样本收集到运输开始的时间间隔、运输时间 | 在采集后立即将样本保存在4 ℃,冰上运输,以确保成分的稳定性;避免标本(如血液)过度振荡,最小化其性质或组成的变化(如溶血)[ |
生物体液样本前处理方式及注意事项
样本类型 | 前处理方式 | 注意事项 |
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血浆/血清 | 血清:全血标本室温静置30 min,上清低速离心(如1 000× |
柠檬酸-柠檬酸盐葡萄糖(ACD)/乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝血浆不含大量血小板衍生的细胞外囊泡,是更好的选择;在4 ℃下静置血浆/血清标本2 h以沉淀脂肪,然后1 000× |
尿液 | 新鲜尿液3 h内预处理(不添加任何蛋白酶抑制剂);冻存尿液在4 ℃过夜或37 ℃水浴溶解,涡旋60~90 s;分装尿液标本以备冻存前,应进行低速离心(如依次执行100× |
使用还原剂,如三(2-甲酰乙基)膦盐酸盐、二硫苏糖醇、3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐等,碱液、硫酸锌等试剂或氯化钠盐析法对样本或差速离心沉淀进行处理,减轻Tamm-Horsfall(T-H)糖蛋白干扰;冻存于-80 ℃,溶解后剧烈涡旋以最大化细菌细胞外囊泡产量;更多推荐意见请查阅尿液细胞外囊泡文献[ |
唾液 | 唾液标本需超声或稀释以降低黏稠度;2 600× |
未刺激唾液标本的黏度为5~7 cP,血浆标本黏度1.2~1.3 cP;应评估样本稀释比例对于细菌细胞外囊泡回收率的影响[ |
其他生物体液 | 不能及时处理的标本应冻存在-80 ℃;冻存样本在冰上溶解,执行差速离心,如200× |
评估样本特性,选择合适的前处理方法(如使用还原剂分解黏液)[ |
肠道是人体微生物群落的主要栖息地,粪便是最常用的研究肠道细菌BEVs的生物样本来源[
根据粪便从收集到在实验室内处理的不同间隔时间(4或24 h内),推荐遵循不同的国际人类微生物组标准联盟指南进行样品采集(
组织BEVs的高效分离对于感染创口和肿瘤组织等的微生物群研究至关重要。目前,针对组织BEVs分离的研究相对较少,大多数研究侧重于从组织中分离总EVs,不仅包括BEVs,也包括EEVs[
常用的BEVs分离方法包括:超速离心法、密度梯度离心法、超滤法、尺寸排阻色谱法、切向流过滤法、聚乙二醇沉淀法、免疫磁珠分离法、微流控技术和基于适配体的磁分离法[
离心法是根据BEVs与细菌、蛋白聚集体、脂质成分等在溶液中沉降系数的相对差异,利用不同的离心力和离心时间实现BEVs的分离。
1.超速离心法(ultracentrifugation,UC):该方法是EEVs分离的“金标准”法[
2.密度梯度离心法(density gradient centrifugation,DGC):该方法是在UC法的基础上,通过长时间的离心(7~18 h),并添加一定浓度的分离媒介,如蔗糖和碘克沙醇等,根据BEVs与其他生物分子不同的粒径、分子量大小及密度差异实现高纯度分离,达到进一步去除EEVs、蛋白质聚集体和非膜性颗粒的目的[
3.注意事项及建议:(1)每一种属的菌和不同生长条件下培养的菌株,对离心力的耐受程度可能不一致,前期的差速离心处理应针对不同的菌株类型和研究内容进行条件摸索,再通过后续的检测(如粒子浓度、标志物含量)验证BEVs的最大得率。与EEVs前处理所需低速离心不同的是,BEVs前处理的离心力可达5 000×
粒径分离法是通过BEVs与其他生物大分子的粒径大小不同而实现分离的方法。
1.超滤法(ultrafiltration,UF):是目前最常用和最经济的粒径分离法之一,主要利用不同孔径大小和截留分子量的膜过滤器,使大于截留分子量的颗粒留下,而小于截留分子量的颗粒通过低速离心被遗弃。UF法不需要昂贵的设备,但所能过滤的体积较小,所以目前对于尿液[
2.尺寸排阻色谱法(size-exclusion chromatography,SEC):是根据不同粒径的分子通过多孔聚合物凝胶填料过程的不同速度来分离不同粒径颗粒的方法。只有直径小于孔径的成分才能进入多孔凝胶,样品中不同大小的分子会以不同的速度从色谱柱中洗脱出来。小分子可以进入凝胶中的小孔,在色谱柱中滞留时间更长,洗脱速度更慢,因此可以用于分离不同分子大小的样品。目前,这种方法可能适用于BEVs功能研究、标记鉴定和内容物分析。但由于SEC负载量有限,它只适合从血浆、血清和唾液等低容量样本中分离BEVs[
3.切向流过滤法(tangential flow filtration,TFF):该方法是过滤技术的一种,其与UF法和SEC法不同的是分离液体移动的方向与膜的过滤方向垂直,溶液和BEVs进行分离时不用受到流体的垂直挤压,而是通过轻柔的切向作用流过分离界面,使BEVs等柔性结构免受挤压带来的破坏,对BEVs的膜完整性具有保护作用,是其他膜过滤技术所不具备的优势[
4.注意事项及建议:(1)粒径分离法同样存在干扰成分,尤其是EEVs共分离的问题,应根据研究内容进行分离效果的评估;(2)过滤膜的选择对于分离高浓度和高纯度的BEVs极为重要,研究者可根据样品的黏稠程度和体积大小,以及目标BEVs的粒径大小来选择和优化超滤孔径,以便达到更好的回收率和纯度[
聚合物沉积利用了脂膜的疏水性和与水分子竞争性结合的相关水溶性聚合物,从而沉淀出疏水性蛋白质和脂质分子。目前最常用聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG 6 000),从大体积的细菌培养上清中快速富集纳米级的具有脂质双分子层结构的BEVs,实现大体积样本的廉价经济分离[
注意事项及建议:该方法的沉降系数低,易造成BEVs的丢失;建议该方法只用于大体积样本(如单一基质的细菌培养上清)的BEVs浓缩[
免疫磁珠分离法是根据抗原抗体免疫反应,使抗体与囊泡表面相应抗原如黏附蛋白等特异性结合以实现分离。其优势是通过磁珠与囊泡充分接触,大幅度提高分离效率,但反应试剂较昂贵,导致该方法不适用于从大体积样本中获得BEVs[
其他方法还包括微流控技术[
常用细菌细胞外囊泡(BEVs)分离方法优缺点和注意事项
方法 | 原理 | 优势 | 局限性 | 适用标本类型 |
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超速离心法 | 根据BEVs与细菌、蛋白聚集体、脂质成分等在溶液中沉降系数的相对差异,利用不同的离心力和离心时间实现BEVs的分离 | “金标准”和最常用的技术;成熟稳定,适用于小批量和大批量样品 | 反复离心和耗时;设备昂贵,回收率不稳定,纯度受到质疑 | 各种类型的样本,特别适用于大体积的细菌培养上清[ |
密度梯度离心法 | 在超速离心法的基础上,通过长时间的离心(7~18 h)和分离媒介(蔗糖和碘克沙醇等),使BEVs在不同浓度的介质中被截留而实现分离 | 消除蛋白质造成的干扰和更高纯度 | 操作更加复杂,耗时更长,需要结合超速离心法等使用 | 细菌培养上清、组织[ |
超滤法 | 利用不同孔径大小和截留分子量的膜过滤器,使大于截留分子量的颗粒留下,而小于截留分子量的颗粒通过低速离心被遗弃 | 操作简单,节省时间 | BEVs可能会阻塞和黏附过滤孔;缩短膜的使用寿命;降低分离效率 | 上清、尿液、胸腔积液、腹腔积液[ |
尺寸排阻色谱法 | 根据不同粒径的分子通过多孔聚合物凝胶填料过程的不同速度来分离不同粒径颗粒 | BEVs具有高纯度、高完整性和生物活性;快速简便 | 该过程需要专门的设备和包装材料;存在被非BEVs颗粒污染的可能性 | 血浆、血清和唾液[ |
切向流过滤法 | 分离液体移动的方向与膜的过滤方向垂直,通过轻柔的切向作用流过分离界面而不破坏膜结构实现分离 | BEVs回收率高;实验运行时间缩短;切向流过滤法结合尺寸排阻色谱法分离效率高、产量高,适合处理大批量样品 | 将大小相似的其他囊泡或颗粒分离开来比较困难 | 血浆、血清、上清、尿液、胸腔积液、腹腔积液[ |
聚乙二醇沉淀法 | 利用了脂膜的疏水性和与水分子竞争性结合的相关水溶性聚合物,从而沉淀出疏水性蛋白质和脂质分子 | 操作方便快捷;回收率高 | 假阳性存在(异源蛋白或杂质聚合物);机械力或化学添加剂会损坏BEVs | 主要适用于BEVs浓缩[ |
免疫磁珠分离法 | 根据抗原抗体免疫反应,使抗体与囊泡表面相应抗原如黏附蛋白等特异性结合以实现分离 | 确保BEVs形态的完整性;特异性高,操作简单 | 效率低;BEVs内容物的生物活性易受酸碱度和盐浓度影响,不利于下游实验设置 | 适用于小体积样本(如体液、粪便)[ |
微流控技术 | 一类是基于BEVs物理性质如尺寸等的分离方法,另一类是基于BEVs生化特性如表面蛋白表达等的分离方法,主要包括免疫亲和微流控、尺寸介导微流控、集成微流控 | 易于自动化;允许集成BEVs分离和后续检测 | 缺乏标准化和大规模的临床样本测试;缺乏方法学验证和有限的通量 | 血液、尿液[ |
基于适配体的磁分离法 | 使用核酸适配体修饰磁珠表面,进而特异性捕获BEVs表面蛋白实现BEVs分离 | 实现BEVs的无损伤释放;较基于抗体的磁分离法更加稳定 | 目前可用的适配体数量有限 | 尿液、血清、血浆[ |
当样本运输到实验室后,最好立即进行BEVs分离,否则建议在必要的前处理后分装样本,于-80 ℃冻存数周或数月。另外,也应该评估不同样本储存温度及冻融循环的次数对分离得到的BEVs的物理、化学特性的影响。而对于已经从样本中分离BEVs,建议以PBS作为缓冲介质,在-80 ℃下储存。现今,冷冻干燥、喷雾干燥和深低温储存等新兴技术可能成为有效的替代方案,它们可以最大程度保持BEVs的结构完整性、稳定性和免疫原性[
BEVs根据其来源和内容物的不同,尺寸大小也不同,但较为集中在20~400 nm的直径范围[
1.纳米颗粒跟踪分析技术(nanoparticle tracking analysis,NTA):最常用和成熟的方法,已被广泛用于表征BEVs的尺寸和分布。它采用激光散射显微成像技术,记录纳米粒子在溶液中的布朗运动轨迹,通过Stokes-Einstein方程推算粒子大小,可以快速准确地分析较低浓度水平的粒子,并结合图像得出直观的结论。但NTA本身对于检测时的温度、浓度和校准都有着较高要求,且特异性较差,无法分辨溶液中的BEVs、细胞碎片和可能的污染物,也不能区别不同源性的BEVs[
2.动态光散射技术(dynamic light scattering,DLS):利用光射到远小于其波长的小颗粒上时会产生瑞利散射现象,通过观察散射光的强度随时间的变化推算出溶液中颗粒的大小,该技术易于操作、样品制备简单,且检测敏感度高,可以快速测量下限为1 nm的颗粒;但DLS易受到颗粒的颜色、电性、磁性等理化特性的影响,并对灰尘和杂质十分敏感,因此它只适合相对较高浓度且大小均一的纳米颗粒的尺寸测量,且无法测量样品中的颗粒浓度,特异性较低[
3.其他方法:可调电阻式脉冲传感(tunable resistive pulse sensing,TRPS)可以替代NTA,用于测量BEVs的浓度和尺寸分布,采样频率更高、灵敏度好,但TRPS纳米结构复杂,采样效率、准确性、特异性较低[
传统的光学显微镜很难分辨出尺寸小于200 nm的结构,因此推荐使用各种电子显微镜及原子力显微镜来观察BEVs的形态和结构。
1.透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM):是最常用的可视化BEVs的方法,可以观察到BEVs的内部结构和形态,也可以与免疫胶体金技术相结合,以获得进一步的分子生物学特性。通过TEM捕获的BEVs的图像可以看到BEVs是具有清晰双层膜结构的球型囊泡,显示出囊泡的经典的杯状、茶托状形态,为BEVs的形态学特征提供了明确的证据。但TEM样品制备复杂,视野有限,检测通量低,样品制备中使用的一些化学染色或涂层可能会破坏BEVs结构[
2.其他方法:冷冻透射电子显微镜具有分辨率高、检测速度快的优点。冷冻的样品,通过低温透射电镜成像,不需要添加任何重金属或固定剂,对BEVs的形态结构的影响较少,相比TEM能更好地展示原本结构。但它具有信噪比低、成本高、通量低的缺点[
有研究表明BEVs的脂质组成可能因细菌种类而异。革兰阴性菌分泌的OMVs富含脂多糖(lipopolysaccharide,LPS),有研究通过鲎试剂、Toll样受体4报道基因分析和免疫电镜结果,定量测定了LPS阳性的BEVs[
EEVs通用的生物标志物主要为CD63、CD81、CD9、Alix、TSG101和Syntenin-1等,而排除标记物为calnexin(也称为CANX)。但BEVs的生物标志物应根据不同的菌属进行筛选,而选用通用的LPS和LTA作为标志物时应注意排除结合LPS的EEVs的污染[
BEVs几乎拥有来自供体细胞的所有生物分子类型,即DNA、RNA、蛋白质、脂质或代谢物,对其下游各组分的分析有助于了解细菌与细菌、细菌与宿主间的作用过程。
BEVs有多种形式的核酸,包括RNA、DNA。目前,基于RNA测序、逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)等技术,人们发现BEVs中的RNA主要包括核糖体RNA、转运RNA、mRNA和小RNA等[
常用细菌细胞外囊泡(BEVs)核酸检测技术优缺点和注意事项
检测技术 | 优势 | 局限性 |
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实时荧光定量PCR(qRT-PCR) | 处理和操作成本低;具有数量已知目标序列 | 样本处理量有限;缺乏标准化参数[ |
3D及微滴式数字PCR | 有较高的灵敏度、准确性,可在无标准曲线的情况下对目标片段进行拷贝数测定,结果绝对定量;可实现对目标片段高精度、灵敏度的浓度计算;可用于复杂的样品检测 | 成本高;样本处理量小;操作繁琐[ |
二代测序 | 可用于检测低表达水平的基因;敏感度高;不同物种来源的核酸可以在单一的检测方法中同时被鉴定出来 | 参考数据库少;缺乏统一的标准;分析的结果易出现偏差;取决于所使用的数据库[ |
微流控芯片技术 | 整合了三部分的功能:目标BEVs聚集、核酸分离、核酸分析 | 缺乏技术上的统一规范和标准;成本高;依然存在一定技术瓶颈[ |
离子交换纳米探测 | 减少样本损失,检测时间短 | 缺乏统一标准[ |
根据以往的报道,BEVs的脂质组成丰富多样,不同的脂质在生命活动中发挥着不同的作用。近年来,BEVs脂质成分分析的主要方法仍然是质谱法,其中包括串联质谱分析技术(tandem mass spectrometry,MS/MS)。但在提取脂质的过程中会存在降解、破坏等情况,因此在提取BEVs的脂质时需要遵循标准程序。由于脂质分子具有高度的多样性,容易产生质谱离子的重叠,所以为了提高脂类的分辨效率,推荐采用高分辨液相色谱-串联质谱(liquid chromatograph-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)法。而在使用LC-MS/MS法时,需要特别注意的是要用已知的标准对样品内部进行重新校准[
由于研究目的不同,脂质组学分析又可以分为靶向脂质组学分析以及非靶向脂质组学分析。靶向脂质组学分析要求提前设置好所需分析的特定目标,并建议使用灵敏度高的质谱仪进行分析。而非靶向脂质组学则是通过分析样品中全部脂质,经数据分析发现其中的规律及所涉及到的脂质类别或分子,从而达到相关研究目的。
研究表明,微生物囊泡可以携带多种蛋白质[
蛋白质组学分析技术有很多种,但哪种技术最适合BEVs蛋白质组学分析尚无明确的建议。当前研究中最常用的BEVs蛋白质组学分析方法是质谱法,它已经被应用于病原体的致病性和免疫反应[
常用细菌细胞外囊泡(BEVs)蛋白质组分析技术优缺点和注意事项
检测技术 | 优势 | 局限性 |
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质谱法 | 分析范围广;准确性、灵敏性高;单一分析快速 | 易受样品背景干扰;数据量大、复杂;需要专业设备[ |
基于核酸适配体的技术 | 灵敏性高;亲和力高,特异性强;稳定性高,便于储存运输 | 覆盖样品范围较小(分析时间约1 000 s)[ |
邻位延伸技术 | 灵敏度高;亲和力、特异性强;可用于检测低丰度蛋白;无需浓缩样品及去除背景干扰 | 覆盖样品范围小(分析时间约100 s)[ |
蛋白质微阵列芯片技术 | 亲和力高;无需特殊设备;样品要求低 | 覆盖样品范围极小(分析时间约10 s);动态范围小;可溶性污染物潜在干扰;难以实现标准化[ |
基于免疫亲和的技术(高分辨率流式细胞术,芯片/平板检测技术分析) | 亲和力高;成本低 | 覆盖样品范围极小(分析时间约10 s);可溶性污染物潜在干扰[ |
BEVs含有调节靶细胞功能的代谢物和效应分子。特定的代谢物类型与BEVs亲本细菌类型有关。例如,多形拟杆菌OMVs显著富集了小鼠可消化代谢物和已被证实与菌株胃肠道生态位定植相关的代谢物[
由于目前还没有建立专门针对BEVs数据库,因此可以利用已有EVs的生物信息数据库,它们提供的信息包括核酸、蛋白质和物种来源(细菌、真菌和细胞),根据这种综合性数据库进行分析和调研,从而挖掘出样本中的囊泡是否含有细菌的成分,为BEVs的分析提供依据。常用的EVs相关综合性生物信息学数据库包括以下3种,在BEVs生物学功能的相关研究中,可以结合以下3种综合数据库信息进行分析。
1. ExoCarta数据库:ExoCarta数据库是首个EVs标志物综合数据库(
2. Vesiclepedia数据库:Vesiclepedia数据库是EVs相关脂质、RNA和蛋白质的手动检索数据库(
3. EVpedia数据库:EVpedia数据库是韩国项浦大学创建的一个较为全面展示EVs蛋白质组学、转录组学的高通量数据集(
BEVs是由细菌释放到外界的特定类型的脂质囊泡,这些囊泡的直径约为40~200 nm,包含各种内容物,如蛋白质、核酸及脂质等多种细菌成分。BEVs参与疾病发生发展过程,如癌症、细菌感染和多种病毒感染等[
然而,BEVs要真正应用于临床诊疗层面,有两大挑战亟待科研人员攻克。第一:高效率、高产量的BEVs分离提取方法的建立。根据ISEV全球调查,UC是最常用的BEVs分离和富集技术[
此外,工作组号召建立整合式BEVs数据库,包括BEVs生物标志物库,收录不同类型 BEVs 的蛋白质和特定分子信息,以便早日实现对 BEVs单颗粒的定量分析;BEVs临床治疗数据库,纳入治疗用BEVs的适应证、给药途径、保存方法、生物相容性和安全性等;工程化 BEVs数据库,详细记录具体制备方法,如模式菌的选择、工程转化/药物加载方法[
目前,与 BEVs相关的研究正在迅速发展,有望阐明维持人类健康所必需的微生物与宿主之间复杂的交流网络,为推动基于 BEVs 的新治疗策略奠定坚实的基础。BEVs研究之路尽管面临着诸多挑战,但仍值得研究者去探索,并推动诊断和治疗方式的新变革。