病原微生物常會引起一些感染性疾病，為了解這些病原微生物的毒性因子、抗原以及進行疫苗制備，需要進行病原微生物的蛋白質組學研究，一些公司提供蛋白質組學服務。因為蛋白質是生命活動的執行者，一切基因和轉錄層次的變化，最終都是要在蛋白質的層次發生變化才能表現出其生命意義，因此蛋白質組學備受生命科學研究者的關注。
蛋白質是生物功能的最終執行者，不僅開放閱讀框ORF和基因的最后確定需要蛋白質研究的參與，而且由于存在mRNA水平的加工和蛋白翻譯后修飾，基因拷貝數和蛋白質最終數量之間并沒有線性的對應關系。在后基因組時代蛋白質才是生命科學研究的核心所在。傳統的對單個蛋白質的研究已經無法滿足后基因組時代的要求，而必須以蛋白質組的方式來研究蛋白質。
在病原微生物-宿主的相互作用體系中，因為病原微生物組的蛋白組相對簡單，因此病原微生物成為應用蛋白質組學研究這個體系時的首要目標。體外培養條件下獲取大量病原微生物相對簡單，早期相關研究主要集中在體外培養環境下的病原微生物的蛋白質組學。
在體內蛋白組的實驗中，因為與大量宿主細胞相比，病原微生物的蛋白量通常遠小于宿主；同時，入侵宿主的病原微生物的量通常遠遠小于體外培養。為了達到更高的選擇性和靈敏度，首先要解決的問題是從宿主細胞中分離出體內病原微生物。絕大多數對于病原微生物的研究都以在體內實驗獲得在感染過程中的相關機制作為最終的目標，關于病原微生物的蛋白組研究同樣如此。相信隨著體內病原微生物分離和蛋白質組學液質聯用平臺的進一步發展，將實現在體內鑒定到與體外培養條件下數量相近的蛋白。病原微生物的蛋白組學研究主要有以下作用。
1、用于疫苗開發和診斷分析
病原微生物蛋白質組學通過研究宿主和微生物的相互關系，尋找免疫靶點和診斷靶點，開發新型疫苗。蛋白質組研究方法與免疫雜交方法相結合的研究已廣泛應用于宿主對病原菌的體液和細胞免疫應答研究中，并形成了蛋白質組的一個新的分支：免疫蛋白質組。通過細菌蛋白質組與宿主多克隆血清的雜交反應，可以發現新的抗原決定因子群，用于疫苗開發和診斷分析。
結核分支桿菌是對人類健康威脅最大的病原體之一，是當今世界上成年人傳染病中的主要殺手，是結核病的胞內致病菌，其在人體內的主要宿主細胞為巨噬細胞。結核分支桿菌和巨噬細胞之間相互作用機制的闡明，對結核病致病機理的研究以及治療有著重要意義。有研究者以人THP-1細胞(人急性白血病單核細胞株，可誘導分化為巨噬細胞)為研究對象，以結核分支桿菌蛋白質組芯片作為研究平臺，并輔助以定量蛋白質組學技術探究結核分支桿菌H37Rv與人類THP-1巨噬細胞之間的相互作用。
研究采用的結核分支桿菌蛋白質組芯片是一種具有高通量、微型化、平行化及快速分析的特點的工具，能夠全局性分析結核分支桿菌蛋白和巨噬細胞蛋白之間的相互作用。研究者所構建的結核分支桿菌與巨噬細胞蛋白相互作用網絡，將會發現一批與結核分支桿菌感染、潛伏、致病相關的關鍵蛋白，進而發展成藥物靶標、診斷標志物，從而有助于結核病的分子診斷、藥物和疫苗開發。
2、研究遺傳和變異
主要是通過蛋白質組研究結果與基因組預測的ORF相比較來校正基因組的研究結果。如有研究者在對結合分支桿菌H37Rv的蛋白質組學研究中發現了6個蛋白質是其基因序列推定編碼的蛋白質中所沒有的。這說明以往分析H37Rv測序結果的算法還有缺陷，而蛋白質組的研究結果可以對基因組的研究結果起到補充和修正的作用。另一方面，通過同一致病菌不同病株的蛋白質組研究，可以對病株進行分類。這種在蛋白組分析水平上得到的微生物變異程度要比在DNA水平上的要高，可充分體現微生物高度的遺傳多樣性。
3、用于病原菌致病機理及毒力因子的研究
通過在整體水平上比較病原菌和非致病菌的蛋白質譜，以及在各種環境條件下致病菌毒力和蛋白質譜的變化，可以發現致病株的毒力調控機制和毒力因子。研究者通過結核分支桿菌病原菌株H37Rv和作為疫苗的菌株BCG的差異蛋白質組初步分析，發現兩菌間有31種可以作為標志物的差異蛋白質。
4、藥物抗性研究
通過抗性菌株與敏感菌株的差異蛋白質組研究，可以對細菌耐藥機制進行研究，發現抗藥性相關因子，為新藥研究提供線索。
5、抗菌藥物的開發
首先是通過分析細菌對抗菌藥物有不同反應的菌株的蛋白質組可以尋找新的抗菌藥物篩選靶點和模式。而利用一組作用位點類似的抗菌藥物可以篩選出與該類藥物相應的標志物和作用模式，確定標志物和作用模式又可用于篩選新的候選藥物或用于確證一些新的化合物的真實作用機制和位點。
隨著病原微生物蛋白質組學技術的發展，早期圍繞著體外培養病原微生物和蛋白鑒定的工作已經不再成為主流，而研究感染后體內病原微生物和宿主細胞的工作在近幾年不斷增加。通過在系統層次高通量高覆蓋率分析感染后病原微生物和宿主蛋白組的變化，將有助于更加深入地認識在感染過程之中二者分別使用的主要分子機制。
