盡管科學家們已對近6,900種生物的基因組進行了測序，然而到目前為止卻還只知道大約一半蛋白質編碼基因的功能。現在來自三個研究機構的15名科學家通過大規模跨學科研究合作，開始逐步解答這一謎題。他們確定了一個細菌蛋白質的功能以及它影響的一條生物化學通路，這一研究工作還將幫助鑒別成百上千其他蛋白質的功能。

研究人員將他們的新方法和研究結果發表在9月22日的《自然》（Nature）雜志上。

該研究小組通過將計算方法與各種實驗室技術相結合，縮小了與未知蛋白——HpbD酶可能發生相互作用的小分子的名單，并確定了HpbD在宿主海洋細菌：百慕大公海橄欖菌（Pelagibaca bermudensis）中的作用。

5位共同研究負責人之一、伊利諾大學生物化學教授John Gerlt說，他們的目標并不僅僅是確定這一蛋白質的功能，而是要想出一種新方法來處理龐大且在不斷增長中，但卻缺乏功能信息的序列數據。

Gerlt說：“當前，蛋白質序列數據庫中的蛋白質數量正接近4200萬。但至多有50%的蛋白可靠地確定了功能。”

“不知道由一個基因組編碼的所有這些蛋白質的功能，就根本無法了解一種生物體的生物學，”Gerlt說。

新研究是伊利諾大學基因組生物學研究所酶功能項目(EFI)的一部分。這一項目，由美國國家普通醫學科學研究所提供資金資助，Gerlt領導，旨在“解決對于生物醫學科學極其重要，但卻超出任何一個研究小組能力的復雜問題。”EFI側重研究細菌酶。

Gerlt 說：“曾經有一段時間，我為我們專注于細菌基因組而非人類基因組而感到遺憾。然而，現在已經證實了我們并非孤立地生活著，我們有著一個與我們相關的微生物組，這一微生物組是由成千上萬居住在我們身體中的細菌物種所構成。了解這些細菌所能做的事情對于我們來說非常重要。”

加州大學舊金山分校的Matthew Jacobson和博士后研究人員Suwen Zhao領導了計算工作，他們將一種酶與數以萬計的代謝伙伴蛋白進行了配對，看看哪些分子能夠最好地結合到一起。由于酶是通過對其他分子起作用來執行一種特定功能，確定酶的靶標（也稱作底物）可以提供關于該酶活性的重要線索。

這一工作從超過87,000種蛋白的原始名單中確定出了4個可能的底物。Suwen Zhao將這四個底物的特性以及該酶可能影響的一條信號通路傳送給了Gerlt及同事們。隨后這一實驗室開始啟動研究工作。

幾個研究領域交會幫助確定了四個底物實際哪一個與該酶相互作用，證實了它的功能以及影響的化學信號通路。

研究人員發現，他們的酶催化了一個生物化學信號通路的第一步，該信號通路使得這一海洋細菌能夠利用其中的一個底物tHypB作為碳源。

更為重要的是，該研究小組還發現了tHypB在細菌中另外一種或許更為重要的功能：它幫助了生物體應對了在鹽環境中生活的壓力。

Gerlt說，這項旨在了解一種酶功能的研究工作會帶來一連串其他的好處。這種方法的一個極大的優勢在于，它可以幫助鑒別直系同源物（在其他生物體中執行相同任務的酶）。

“加州大學舊金山分校的Patricia Babbitt和同事們已在蛋白質數據庫中鑒別了數十個直系同源物，因此我們不僅是確定了一個酶的功能，而是確定了所有這些酶的功能。”由于研究人員還證實了所有酶在這一信號通路中的功能都是使得微生物能夠消耗tHypB。他們的研究工作提供了關于其他生物體相似信號通路中同源酶作用的新認識。

EFI的研究人員正在致力開發一些策略和工具，供其他研究人員利用來完成相似的發現。

Gerlt說：“曾經在一段時間里，研究人員將他（或她）的整個職業生涯都奉獻給了一種酶。盡管這已經是很久以前的事了，但有一些人仍然在這樣做。現在，基因組測序技術改了生物學家們看待問題的方式。我們不能繼續孤立地看問題。”