综述：细菌肽聚糖组成分析：肽聚糖组学对结构与功能的启示

　　本综述系统探讨了肽聚糖组学（Peptidoglycomics）这一新兴领域，重点介绍了如何利用高分辨率质谱（MS）和生物信息学技术对细菌细胞壁关键组分——肽聚糖（PG）进行全局性、非偏倚的组成分析。文章阐述了PG基本结构单元muropeptide在革兰氏阳性菌与阴性菌中的变异，详述了从传统定向亚组分析到现代全局分析的方法演进，并强调了该技术在解析PG生理功能（如细胞形态维持、分裂、孢子形成）、抗生素耐药性机制以及宿主-病原体相互作用（如免疫识别、炎症反应）中的巨大潜力。通过揭示此前难以检测的低丰度“适应性”muropeptide修饰，肽聚糖组学为深入理解细菌生理及开发新型抗菌策略提供了强大视角。

　　

ABSTRACT

肽聚糖（PG）是细菌细胞壁的关键组分，在稳定细胞膜的同时执行多种生理功能。它由多糖骨架和通过肽侧链交联形成的网状囊状结构组成，包裹整个细胞。尽管对基本结构单元muropeptide已有深入认识，但其结构的修饰十分常见，且常与特定生理功能相关。质谱和生物信息学的最新进展使得对这种必需生物聚合物的全局组成进行详细检查成为可能。通过应用肽聚糖组学分析PG组成如何响应生理或环境刺激，我们可以深化对其动态作用的理解。本小综述将讨论肽聚糖的关键生理功能，介绍肽聚糖组学方法，并重点阐述基于组学视角能显著有益于未来研究的相关领域。

INTRODUCTION

肽聚糖（PG）是细菌细胞壁中至关重要的生物聚合物，自20世纪50年代初首次被分离以来，一直是深入研究的主题。过去70年，广泛的研究拓展了我们对这种微生物生物聚合物结构和功能的理解。质谱和生物信息学的最新进展革命性地改变了PG分析，使得能够全面检测细菌细胞内的单个组分及其全局组成。与基因组学、转录组学和蛋白质组学类似，肽聚糖组学是对构成整体PG结构的所有元素进行非靶向、非偏倚的检测。肽聚糖组学分析可以识别和监测细胞PG结构内发生的数百种潜在组成变化。相比之下，分析PG组成的传统方法仅能区分相对有限数量的PG组分。因此，肽聚糖组学方法能提供PG结构元素的详细全局概览，并为这种生物聚合物在细菌细胞内的生理功能提供前所未有的见解。

STRUCTURAL VARIABILITY OF MUROPEPTIDES IN GRAM-POSITIVE AND -NEGATIVE BACTERIA

PG的基本亚基称为muropeptide，是一个由N-乙酰葡糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）组成的二糖，并在NAM上连接一个短肽。Muropeptide通过β-1,4-连接形成糖链，相邻的糖链通过肽侧链交联，产生包裹整个细胞的网状囊状结构。根据肽聚糖结构和组成的差异，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌细胞具有许多交联的PG层，厚度为20至100纳米，位于单个细胞膜外部。革兰氏阳性PG与其他糖聚合物（称为磷壁酸）交织在一起，在某些情况下还被一层荚膜多糖和/或称为S层的蛋白质层所包裹。相比之下，革兰氏阴性菌细胞仅含有几层交联的PG，厚度约为1-10纳米，位于内膜和外膜之间的周质空间中。分枝杆菌具有非常独特的细胞壁，兼具革兰氏阳性和阴性菌的特征。分枝杆菌PG较薄，约5-10纳米厚，并共价连接到一个由阿拉伯糖和半乳糖组成的聚糖（阿拉伯半乳聚糖）上，后者又连接到分枝杆菌独特外膜的组分——分枝菌酸上。

革兰氏阴性菌的基本muropeptide侧链由五个氨基酸组成，序列为L-丙氨酸、D-谷氨酸、内消旋-二氨基庚二酸（mDAP）、D-丙氨酸和D-丙氨酸，通过L-丙氨酸连接到NAG-NAM二糖上。为简便起见，muropeptide侧链序列可用单字母氨基酸代码缩写表示为AEmAA，其中小写m代表mDAP。相邻的茎肽通过一个茎肽上的第三个氨基酸mDAP与第二个茎肽上的第四个氨基酸D-丙氨酸之间形成交联，并伴随末端D-丙氨酸的丢失，形成AEmA。这也被称为3-4交联。3-4交联是muropeptide之间最丰富的共价键，尽管肽侧链中其他氨基酸之间的连接也是可能的。

在革兰氏阳性菌中，PG的组成在不同物种间差异很大。一个常见的差异是存在一个由1到7个氨基酸残基组成的短肽间交联桥，连接两个相邻肽侧链的第三个（通常不是mDAP）和第四个氨基酸。对于分枝杆菌，虽然是革兰氏阳性放线菌门的一部分，但其muropeptide含有mDAP且没有肽间交联桥。然而，分枝杆菌muropeptide通常含有独特的N- glycolyl NAM修饰。

在革兰氏阴性和阳性菌中，这些基本muropeptide结构可能存在大量修饰，包括茎肽组成的变化、糖和/或肽的修饰以及茎肽交联类型的变化。附表S1提供了广泛列表，列出了修饰其PG muropeptide结构的物种，包括负责该修饰的已知基因以及相关的生理过程。

EVOLVING METHODOLOGIES IN PEPTIDOGLYCAN ANALYSIS

最早的PG组成研究涉及将囊状结构分解成单个氨基酸和糖组分，并使用诸如二维薄层色谱法等方法鉴定元素。多年来，对PG组成的研究带来了许多技术改进，增加了细节和准确性，同时减少了所需劳动力。当前的肽聚糖组学方法在某种程度上类似于自下而上的蛋白质组学，即使用胞壁质酶消化糖骨架，将PG囊状物分解成更易于分析的“片段”（即muropeptide）。然后使用高分辨率反相液相色谱（LC）耦合高功率串联质谱（MS）来分离和鉴定muropeptide。过去几年，MS技术的进步显著提高了检测灵敏度，从而增强了详细识别样品muropeptide组成的能力。生物信息学MS特征发现和统计数据分析软件处理和分析这些复杂的MS数据集，以在PG结构背景下识别组成变化。总体而言，肽聚糖组成分析的经典和当前方法可分为两种不同的策略：亚组分析或全局分析。

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  亚组分析
  经典的肽聚糖组成分析代表了一种亚组方法，仅针对总muropeptide群体的一部分，可进一步分为定向或非定向。这种方法鉴定的muropeptide可以代表研究人员靶向分析的特定修饰（定向），或是对整体PG结构中最丰富部分的整体无偏倚扫描（非定向）。研究已知muropeptide的定向子集是一种假设驱动的方法，需要预先了解PG内预测的结构变化。MS数据被评估是否存在代表特定muropeptide或muropeptide组的已知质荷比（m/z）峰。鉴于70多年的研究已产生关于肽聚糖结构和可能修饰的广泛知识，许多研究采用定向子集方法来关注特定的、特征明确的特征。例如，定向子集方法被成功应用于识别α-和β-变形菌门中负责1-3交联的独特L,D-转肽酶，这些修饰被认为在特定环境压力下增强细胞壁韧性。
  相比之下，非定向子集组成分析采用非偏倚方法来识别囊状物中最丰富的muropeptide。历史上，经典的PG组成研究需要劳动密集型方法，例如在MS检测之前使用HPLC手动分离单个muropeptide。这个具有挑战性且耗时的过程限制了鉴定的muropeptide数量，因为这些分析通常侧重于最丰富因此最容易纯化的muropeptide。尽管存在这些局限性，早期研究为我们理解肽聚糖组成变异性奠定了基础，揭示了革兰氏阴性PG的基本结构、革兰氏阳性PG结构的多样性以及各种PG修饰。
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  全局分析
  PG组成的全局分析方法，是肽聚糖组学的标志，依赖于先进的LC耦合MS技术和高灵敏度来检测细胞壁内全谱系的muropeptide。该技术评估PG结构内所有可测量的muropeptide，提供对整体PG组成的更全面评估。例如，我们的研究小组在铜绿假单胞菌的整个全局PG组成中鉴定出数百种不同的muropeptide，而早期同一物种的经典子集分析仅鉴定出20种。我们方法灵敏度的提高使得能够鉴定出早期研究中未发现的众多muropeptide，包括NAG的去N-乙酰化。这种肽聚糖组学方法非常灵敏，可以检测到每个细胞中少至300-400个具有特定修饰的muropeptide。在肽聚糖组学全局分析中，先进MS特征提取的应用能够自动识别和同时监测数千个质荷比（m/z）峰。通过识别和汇集代表单个muropeptide结构的所有m/z离子，可以获得更稳健和准确的丰度评估。
  全局肽聚糖组学方法灵敏度的提高应有助于识别在整体PG结构中丰度较低的独特muropeptide修饰。例如，最近对在成纤维细胞内持续存在的病原体鼠伤寒沙门菌血清型PG组成的全局分析发现了一个独特的muropeptide，其茎肽末端D-丙氨酸被氨基醇（丙氨醇）取代。这种独特的muropeptide修饰仅在病原体在细胞内生长时发现，可能与在宿主细胞内免疫逃逸有关。该修饰仅占细胞内生长的鼠伤寒沙门菌总PG含量的1.5%，是细胞整体PG结构中相对较小的部分。大肠杆菌的PG估计每个细胞含有约3.5 × 10⁶个muropeptide。因此，1.5%可能相当于每个细胞约50,000个该特定修饰的拷贝，表明其对细菌细胞整体生理学具有生物学相关效应。
  最近，我们小组描述了两组丰度不同（高丰度与低丰度）且在执行铜绿假单胞菌PG内具有不同生理作用的muropeptide子集。最丰富的muropeptide代表那些与标准AEmAA构象相比变化最小的，被称为“核心”muropeptide。无论菌株或生长条件如何，该核心PG的组成相对一致，可能作为整体PG囊状物的结构框架。鉴于最丰富的muropeptide通常使用非定向子集分析来鉴定，该策略也可被视为分析核心PG组成的实用方法。第二子集，即“适应性”muropeptide，丰度较低，但在不同菌株或生长条件间表现出显著变异性。这种适应性muropeptide子集可以允许响应生理刺激的灵活性，而较低的丰度不会影响整体结构完整性。肽聚糖组学全局分析提供的提高的灵敏度对于确定这些低丰度适应性muropeptide的生理作用将是不可或缺的。

CHALLENGES AND STRATEGIES TO CONSIDER WITH PEPTIDOGLYCOMIC ANALYSIS

这种全局肽聚糖组学方法相较于传统技术有几个优势，包括其灵敏度和结果数据提供的详细信息。然而，必须考虑几个参数以保持结果的稳健性和有效性。例如，肽聚糖组学研究应采用最低报告指南，类似于为蛋白质组学和代谢组学工作流程建立的报告指南。这些指南将提供报告实验设置和数据处理所需的细节，以确保下游研究使用的清晰度和数据质量。此外，由于制备PG囊状物的困难和耗时，许多PG组成研究仅对单个生物学重复进行了最少的技术重复（即多次MS运行）。对于这些复杂的全局肽聚糖组学评估，需要进行高级生物信息学数据分析，因此需要生物学和技术重复。另外，由于囊状物纯化方案仍然繁琐且非常耗时，样品可能部分损失。因此，样品上样标准化至关重要。这确保了技术变异不会影响MS分析期间的muropeptide丰度。可以采用各种技术进行标准化，包括比色法（二氨基检测和Nelson-Somogyi法）和还原糖检测（使用脉冲安培电化学检测的HPLC或MS检测）。最后，MS仪器响应性随时间推移的微小变化可能导致离子强度和保留时间漂移。因此，整个实验的样品应具有随机化的样品顺序并连续分析。

质谱分析最关键的方面之一是特征的准确提取和化合物的注释。目前，质谱峰注释软件是为蛋白质组学或代谢组学分析设计的，都不是为全面分析PG糖/肽结构的独特参数而构建。然而，过去几年已经开发了几个专用的肽聚糖组学程序。PGFinder将m/z峰与内置或用户构建的muropeptide库进行比较。一旦预测出muropeptide结构，MS/MS数据可用于手动确认结构。MS/MS谱图库通常用于蛋白质组学或代谢组学数据集中的自动化合物鉴定。然而，muropeptide包含糖和肽部分。因此，为其他“组学”数据集构建的当前程序无法准确识别PG muropeptide。最近，已经开发了两个用于计算机预测MS/MS muropeptide碎裂的程序，以自主注释肽聚糖组学数据集。PGN_MS2和高通量自动化muropeptide分析（HAMA）程序是免费可用的，并使用预测的MS/MS碎裂来鉴定革兰氏阳性和阴性菌中已知的muropeptide结构。然而，这两个程序都仍有局限性。这包括需要预先了解可能的PG组成，以及库生成中包含的muropeptide修饰或交联的限制。每个都需要额外的程序来进行稳健的特征提取。然而，这些程序代表了朝着专用的、全自动muropeptide预测程序迈出的良好一步。

与其他“组学”数据分析流程一样，使用生物信息学计算工具来管理和评估这些相对较大的数据集是有利的。这些工具可以包括各种质量控制措施，以及单变量和多变量分析方法。单变量方法独立检查每个m/z特征（即muropeptide），并应用统计量（如t检验）分别比较不同样品间每个muropeptide的丰度变化。由于检查的特征数量多，这些统计检验会重复多次。因此，应应用多重检验校正（如Benjamini-Hochberg错误发现率）以避免假阳性结果。多变量分析是模式识别方法，同时检查数据集中的所有m/z特征以描述数据内的全局相关性。一种这样的多变量分析，主成分分析（PCA），指示样品/数据质量和大规模数据趋势，以及可能识别样品异常值。使用这些先进的生物信息学分析，如PCA、层次聚类、火山图等，是可视化相对较大数据集以识别趋势和突出独特特征的有效方法。这些可视化方法使得能够识别和跟踪全局PG结构内的所有muropeptide，使这些复杂组成数据集的解释更容易。例如，可以评估共享相同修饰的整组muropeptide的丰度显著变化。跨多个muropeptide监测特定修饰可以提供强有力的证据，表明该修饰在测试条件下起关键作用。此外，在测试条件下某个muropeptide的丰度偏离具有相同修饰的其他muropeptide趋势的情况下，可能表明具有独特特异性或不同生物学功能的酶的参与。

AVENUES FOR EXPLORATION: STUDYING BACTERIAL PHYSIOLOGY, ANTIMICROBIAL RESISTANCE, AND HOST INTERACTIONS USING PEPTIDOGLYCOMICS

数十年的肽聚糖研究揭示了其高度复杂的生理作用，其中许多超出了本小综述的范围，例如参与细胞分裂、细胞形状确定和孢子形成等。因此，本节将重点讨论与抗生素耐药性和宿主相互作用相关的一些PG基本生理作用，并强调应用肽聚糖组学可能有益的领域。

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  独特PG修饰的生理作用
  迄今为止，已鉴定出许多muropeptide修饰。一些muropeptide修饰在特定细菌物种中占主导地位，例如在枯草芽孢杆菌中发现高浓度的酰胺化mDAP。其他muropeptide修饰在整体PG组成中丰度相对较低。在某些情况下，细菌含有用于产生特定muropeptide修饰的专用酶。例如，革兰氏阳性菌细胞质中的GatD/MurT复合物在茎肽的D-iso-谷氨酸的α-羧基上添加一个胺，产生D-iso-谷氨酰胺。在其他情况下，PG组成的变异性可能来自具有较低限制性特异性的酶，这导致非经典部分的“渗漏”掺入。例如，细胞质酶MurE通常参与在革兰氏阴性菌中将第三个氨基酸（mDAP）掺入茎肽，但也可以较低效率地将其他氨基酸添加到muropeptide结构中。由于mDAP被NOD1识别，不同氨基酸的渗漏掺入可能对细菌-宿主相互作用产生影响。在我们对铜绿假单胞菌的全局肽聚糖组学分析中，鉴定出独特的muropeptide，这可能表明存在MurE酶的渗漏活性。茎肽的其他非经典变异可能来自物种独特的酶特异性变化，例如通过MurC活性，甘氨酸或丝氨酸取代茎肽的L-丙氨酸。
  在众多已知的muropeptide修饰中，大多数已与某种形式的生理功能相关联。例如，糖骨架上的胞壁酸δ-内酯对于枯草芽孢杆菌和艰难梭菌的孢子产生至关重要。NAM残基的N-糖基化修饰影响宿主-分枝杆菌免疫反应。茎肽第二位谷氨酰胺的存在影响革兰氏阳性肺炎链球菌的交联丰度。然而，其他修饰的功能仍有待阐明，例如在耻垢分枝杆菌中发现的谷氨酸、mDAP或末端丙氨酸上的甲基化，或在铜绿假单胞菌中发现的甲基化末端丙氨酸。
  随着高灵敏度的肽聚糖组学方法应用于更多细菌物种和生长条件，可能会发现更多独特的muropeptide修饰，例如在细胞内生长的鼠伤寒沙门菌中发现的独特丙氨醇修饰。随着PG组成的更多细微差别被揭示，我们对这种必需细菌生物聚合物生理作用的理解将继续深化。
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  参与肽聚糖合成和修饰的周质酶的多重性
  由于PG结构对细胞存活的重要性，PG的产生、修饰和降解受到高度调控。PG合成已被充分研究，始于细胞质内前体的产生，随后在周质中组装最终PG结构。为了使PG组装发生，必须首先通过PG特异性水解酶（水解酶）的切割活性在成熟的网状PG结构中产生空间。这些水解酶包括切割肽侧链的酶（酰胺酶、内肽酶、羧肽酶）以及切割糖链的酶（胞壁质酶、葡萄糖胺酶、裂解性转糖基酶）。一旦产生空间，PG合酶就可以通过转糖基酶和转肽酶活性添加新的muropeptide亚基。在周质中作用于成熟PG结构的酶活性，包括水解酶和合酶，由能够执行相同酶反应的多种酶执行。例如，几种裂解性转糖基酶在PG回收过程中降解多糖骨架，通过在NAM上产生具有1,6-脱水（anh）环的糖链末端来切割NAM-β-1,4-NAG键。总共已鉴定出六个裂解性转糖基酶家族，大多数细菌在几个这些家族中含有这些酶的多个版本。例如，大肠杆菌编码9个，而铜绿假单胞菌编码11个裂解性转糖基酶，然而它们都执行相同的酶反应。
  有人提出，细胞质外PG酶看似冗余的出现是对PG周围微环境（对于革兰氏阴性菌是周质，对于革兰氏阳性菌是外部环境）中存在的可变条件的响应，与细胞质内更受调控和缓冲的环境相比。事实上，其中一些看似冗余的酶在不同环境条件下具有不同的活性。在大肠杆菌中，裂解性转糖基酶MltE和MltC在酸性pH下更活跃。同样，PG合成酶复合物表现出类似的pH敏感性，MrcA/LpoA复合物在碱性条件下最活跃，而MrcB/LpoB复合物在酸性条件下显示最大活性。渗透压也能起作用；例如，在霍乱弧菌中，一种内肽酶仅在盐存在时对存活至关重要。除了不同环境条件下的不同活性外，这些酶的多重性也可能源于酶活性在细胞特定区域的定位。例如，两个PG合酶复合物在功能上在细胞内分离。含有MrdA/RodA的复合物负责侧向细胞壁的PG合成。相反，FtsI/FtsW复合物负责细胞分裂期间细胞极处的PG合成。PG作用酶一个大多被忽视的方面是它们作用于成熟的PG结构。因此，除了区域功能性或由于环境条件导致的活性增加外，局部PG组成可能影响这些相似的PG酶。最近，Razew等人证明从金黄色葡萄球菌纯化的两种同工酶催化相同的交联水解。然而，只有一种能够在高度交联的PG结构（如成熟囊状物）中进行有效活性。这表明，尽管两种酶在体外可能具有冗余功能，但在整体结构背景下它们可能具有不同的特异性。
  未来，使用高灵敏度的肽聚糖组学方法可能有助于阐明单个PG相关酶的特异性。例如，详细检查具有特定修饰的muropeptide组内单个muropeptide的丰度差异，可能暗示酶特异性需要存在额外修饰才能发挥功能。例如，具有第二位胺的muropeptide在某些物种中影响muropeptide之间交联的能力。需要进一步的工作来确定PG酶的多重性是由于细胞内的局部区域活性、可变环境条件的影响，还是由对整体PG结构的局部特异性引起的。解开这些功能的先决条件是能够使用肽聚糖组学方法以足够的灵敏度分析全局PG结构。
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  抗菌药物耐药性期间肽聚糖的生理作用
  由于PG完整性对细菌存活的重要性，靶向PG合成途径的抗菌药物在医学上被广泛使用。例如，β-内酰胺类抗生素阻断PG合成酶的活性位点，从而破坏新PG的产生。当PG合成被破坏时，细胞膜的整体结构被削弱，导致对细胞裂解的敏感性增加。早期研究PG组成的实验导致发现了一种特定的PG muropeptide修饰，该修饰包括两个相邻肽侧链的第三个氨基酸之间的交联。这些3-3交联允许PG结构在细胞包膜应激（例如当PG合成酶被β-内酰胺抗生素抑制时）期间得以维持。展望未来，肽聚糖组学方法的高灵敏度可能会揭示抗菌药物治疗期间发生的进一步独特muropeptide修饰或交联，表明耐药期间涉及的潜在独特酶。这些可以发现抗菌药物耐药性的其他机制，并为PG在日益关键的对抗抗菌药物耐药性的斗争中的作用提供更深入的见解，例如最近描述的相邻muropeptide侧链第一个和第三个氨基酸（1-3）之间的新型交联，这可能代表在应激期间加强细胞壁的另一种机制。
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  宿主-病原体相互作用期间肽聚糖的作用
  肽聚糖muropeptide是细胞外环境中关键的信号分子，触发细菌和宿主免疫反应。PG片段从细菌细胞释放可能是由细菌裂解事件引起，导致分散或从活细菌主动脱落和释放。例如，奈瑟菌属物种在生长期间释放到细胞外环境中的PG片段数量高于其他革兰氏阴性菌。
  当细菌与宿主相互作用时，PG片段作为病原体相关分子模式（PAMP）。这些PAMP被宿主的先天免疫系统识别并触发导致炎症反应的防御机制。在大多数宿主系统（包括动物、昆虫和植物）中，感染期间检测PG片段是一种重要的感应机制。Muropeptide被宿主产生的受体识别，例如肽聚糖识别蛋白（PGRP）和NOD样受体。这些PG受体对特定的muropeptide残基具有不同的特异性。例如，受体NOD1识别肽侧链的谷氨酸-mDAP部分。相反，NOD2识别由NAM和肽侧链的L-ala、iso-D-glu组成的muropeptide， otherwise known as muramyl dipeptide (MDP)。另一个独特的PG受体，一种细胞质己糖激酶，检测来自PG的NAG以激活NLRP3炎症小体。除了检测PG片段外，宿主产生的酶也可以修饰muropeptide的结构。例如，最近的工作表明，宿主产生的N-乙酰葡糖胺激酶磷酸化MDP以激活NOD2信号传导。通过改变PG muropeptide的结构，这些宿主导向的修饰可能潜在地改变或调整PGRP在炎症反应期间的响应。展望未来，了解不同宿主是否以不同方式感知、修饰或响应muropeptide也很重要。例如，小鼠和人类的免疫系统对另一种细菌成分（即脂多糖）都表现出不同的反应。
  为了逃避宿主防御机制，细菌物种修饰其muropeptide以干扰PG受体结合，从而降低宿主免疫系统反应。例如，糖链的O-乙酰化或去N-乙酰化以及肽侧链上的iso-D-谷氨酸或mDAP的酰胺化限制了NOD受体的识别。此外，多糖骨架的O-乙酰化限制了宿主排泄的溶菌酶防御性酶的结合和后续消化。通过肽聚糖组学方法，可以识别细菌细胞内响应宿主发生的所有PG修饰。然而，需要进一步开发可溶性muropeptide的纯化方法，以确定与宿主相互作用的释放muropeptide的范围。目前，已使用几种技术（包括凝胶过滤、沉淀或放射性标记）来鉴定从细菌释放到培养基中的可溶性muropeptide。然而，尚未执行代谢组学/肽聚糖组学方法来鉴定释放到培养基中的muropeptide范围。迄今为止，可溶性muropeptide纯化方法主要侧重于从单一培养物的生长培养基中分离muropeptide。过渡到使用宿主-细菌环境的方法将有许多障碍需要克服，包括多细菌物种培养、由于宿主免疫反应导致的PG分解，以及在大量其他释放的代谢物或细胞碎片中识别muropeptide。了解细菌与宿主之间发生的整个对话对于理解PG在这些复杂宿主-病原体相互作用期间的作用至关重要。
  大多数细菌物种的细胞壁都含有PG。因此，在考虑有益的细菌-宿主相互作用时，这种宿主检测和病原体免疫逃逸的格局变得更加复杂。在肠道微生物组中，区分敌友至关重要，因为那里有益、共生和致病细菌物种的多样性高度复杂，而生态失调与许多健康相关的炎症性疾病有关。在果蝇和小鼠的肠道中，宿主产生的PGRP影响肠道微生物组中维持的细菌物种。例如，基因敲除小鼠中PGRP的缺失增加了肠道微生物组中促炎细菌物种的数量。这种控制致病菌丰度的能力降低因肠道特定区域而异。然而，PGRP如何影响不同细菌的群落组成以及PG在这种分化中起什么作用尚不清楚。
  最近，Harris-Jones等人检查了奈瑟菌属物种，以确定PG是否影响有益和有害的宿主-细菌相互作用。他们确定PG片段释放水平并不能区分共生和致病性奈瑟菌物种（即致病物种不一定释放增加水平的炎症性PG）。此外，来自两种物种的muropeptide引发了类似的NOD1和NOD2免疫激活。他们进一步表明，不同的奈瑟菌物种释放不同类型的muropeptide，这表明PG组成可能很重要。然而，他们的方法仅大致确定了PG组成。因此，高灵敏度的全局肽聚糖组学方法将有利于确定是否存在特定的muropeptide修饰来区分这些奈瑟菌物种。纳入额外的共生和致病性奈瑟菌物种将证实特定的muropeptide修饰是否影响宿主-细菌相互作用。
  在另一项研究中，Onuma等人发现，来自黑腹果蝇肠道微生物群的两种不同共生物种（一种革兰氏阳性，一种革兰氏阴性）的PG引发了不同的宿主基因表达模式。有趣的是，两者都含有mDAP的PG结构，并且对黑腹果蝇都没有致病性。本研究中使用的革兰氏阳性菌是植物乳杆菌，其在第5位含有一个独特的D-乳酸部分。这种独特的muropeptide修饰是否有助于黑腹果蝇基因表达的变化尚待确定。全局肽聚糖组学方法在探索这些宿主和细菌之间的复杂相互作用方面可能具有优势。
  除了影响PG受体结合外，肽聚糖修饰还可能通过影响muropeptide的摄取和系统分布来影响宿主-细菌相互作用。例如，特定的修饰是否可以通过限制PG片段渗透到宿主细胞中来减弱炎症反应？细菌来源的muropeptide跨宿主膜的摄取是由质子耦合寡肽转运蛋白（POT）介导的，它们处理多种底物，包括小肽和药物（如β-内酰胺类）。哺乳动物POT家族成员，PepT1 (SLC15A1)、PepT2 (SLC15A2)、Pht