基于 LC-MS/MS 的细菌肽聚糖高分辨率分析软件工具与策略：开启肽聚糖组学新篇章

《Communications Chemistry》：A software tool and strategy for peptidoglycomics, the high-resolution analysis of bacterial peptidoglycans via LC-MS/MS

在细菌肽聚糖（PG）研究中，现有 LC-MS/MS 分析手段存在诸多问题。为解决这些难题，研究人员开发了 PG 分析工具 PGFinder 及策略。结果显示，该工具能详细分析 PG，揭示其在不同生长条件下的变化。这为深入研究细菌细胞壁提供了有力支持。

　　在微观的细菌世界里，有一种至关重要的物质 —— 肽聚糖（Peptidoglycan，PG），它如同细菌的坚固铠甲，紧紧包裹着细菌细胞，帮助细菌抵御外界渗透压带来的压力，维持细胞内部的稳定。许多抗生素正是通过干扰 PG 的合成来发挥作用，比如常用的 β - 内酰胺抗生素（像青霉素）以及作为最后手段的万古霉素等 。同时，PG 在细菌生长、分裂和应对环境变化时，其组成和结构会发生改变，这些变化不仅影响细菌的生存，还与细菌和宿主之间的相互作用密切相关。比如，微生物群释放的 PG 片段，是重要的微生物相关分子模式（MAMPs），能被宿主的先天免疫系统识别，在急性或慢性炎症疾病以及肠道 - 大脑轴的信号传递中扮演关键角色 。然而，PG 结构的研究却面临重重挑战。尽管科学家们一直尝试用液相色谱 - 串联质谱（Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，LC-MS/MS）技术来分析 PG，但由于 PG 特殊的组成和分支结构，现有的蛋白质组学软件根本无法处理相关数据，导致分析过程繁琐、易出错且结果不一致 。此前开发的一些 PG 分析工具，也存在各种不足，要么不够灵活，要么功能不完整，使用起来非常困难。

为了突破这些困境，来自英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）、牛津大学（University of Oxford）等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们致力于开发一种更易用、功能更强大的工具，以实现对 PG 的高分辨率分析，从而更好地了解细菌细胞壁的奥秘。经过不懈努力，研究人员取得了一系列重要成果，相关研究发表在《Communications Chemistry》杂志上。

在研究过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。首先是 PG 提取和 muropeptide（肽聚糖单体）制备技术，从培养的细菌中提取 PG 并进行处理，得到适合分析的样本。然后利用 LC-MS/MS 技术，对样本中的 muropeptide 进行分离和检测，获取详细的质谱数据。此外，还运用了 Byos? 软件进行搜索分析，辅助确定 muropeptide 的结构 。

下面来看具体的研究结果：

• 增强 PGFinder 现有功能：研究人员对 PGFinder 进行升级，新版本（v1.3.2）不仅能自动挑选最佳匹配结果并整理数据，还新增了元数据列方便追踪分析信息。同时，开发了新的网页界面，大大提高了使用便捷性，减少了加载和计算时间，还支持批量处理和添加新模块。
• 创建 PGLang 语言：为了更简洁地描述 muropeptide 结构，研究人员开发了 PGLang 语言。这种语言能将复杂的 muropeptide 结构转化为简单的代码形式，实现自动质量计算和 MS/MS 片段预测。并且，PGFinder 的新模块还能将 PGLang 结构转换为 SMILES 结构，方便获取化学信息。
• PG 分析策略的应用：以根瘤菌（Rhizobium leguminosarum）为模型，研究人员提出了五步 PG 分析策略。通过该策略，在根瘤菌中鉴定出超过 250 种 muropeptide，这是目前最全面的根瘤菌 PG 分析结果。分析发现，根瘤菌在基本培养基（MM）和丰富培养基（TY）中生长时，PG 结构存在显著差异。在 MM 培养基中生长时，其交联指数降低，聚糖链长度增加，3 - 3 交联增多，L,D - 转肽酶介导的交换活性下降，与 PG 结合的孔蛋白肽比例增加 。

研究结论和讨论部分意义重大。PGFinder 的功能改进以及新功能的开发，为 PG 分析提供了更强大的工具。通过简单易用的网页界面和详细的操作教程，有望推动更多科研人员采用该方法进行研究，逐步消除繁琐易错的手动分析。同时，PGLang 语言的应用，有助于统一 muropeptide 的描述，解决文献中描述不一致的问题，提高研究的准确性和可比性。此外，对根瘤菌 PG 结构的深入分析，为研究细菌细胞包膜重塑、适应环境变化以及共生关系等提供了重要依据，有助于进一步揭示细菌在不同生长阶段和环境条件下的生存机制。总之，这项研究为细菌细胞壁的研究开辟了新的道路，让我们对细菌的认识更上一层楼。