代謝組學(xué)：基于質(zhì)譜的研究方法

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1、代謝組學(xué)：基于質(zhì)譜的研究方法代謝組學(xué)引?、?3什么是代謝組學(xué)？代謝組學(xué)“Metabolomics”與“Metabonomics”代謝組學(xué)的一般研究流程質(zhì)譜在代謝組學(xué)中的應(yīng)用代謝組學(xué)中所用的分離技術(shù)代謝組學(xué)的挑戰(zhàn)選擇GC/MS或LC/MS研究代謝組學(xué)的原因5發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)7代謝譜分析，尋找有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的代謝物安捷倫GC/MS在發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)中的應(yīng)用LC/MS在發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)中的應(yīng)用靶向代謝組學(xué)13靶向代謝組學(xué)概述GC/MS在靶向代謝組學(xué)中的應(yīng)用LC/MS在靶向代謝組學(xué)中的應(yīng)用代謝組學(xué)分析軟件16化合物鑒定18安捷倫METLIN個(gè)人代謝物數(shù)據(jù)庫(kù)在METLIN個(gè)人代謝物數(shù)據(jù)庫(kù)中添

2、加保留時(shí)間，改善化合物鑒定安捷倫FiehnGC/MS代謝組學(xué)RTL數(shù)據(jù)庫(kù)采用GC/MS和安捷倫AgilentFiehnGC/MS代謝組學(xué)RTL數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定血漿中的代謝物應(yīng)用實(shí)例22水稻白葉枯病的代謝譜分析最大限度地提高綜合代謝組學(xué)研究中紅細(xì)胞的代謝物提取效率引文242什么是代謝組學(xué)？代謝組學(xué)是通過(guò)比較對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的代謝組（metabolomes,某一生物的所有代謝物組分），以尋找其它代謝譜差異的研究方法。這些差異可能與臨床生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)中研究的某些疾病相關(guān),也可能與藥物研發(fā)毒理研究中候選藥物攝入后的代謝改變有關(guān)。環(huán)境代謝組學(xué)在研究化學(xué)晶接觸對(duì)野牛牛物和環(huán)境的影響方面日

3、益受到重視。在農(nóng)業(yè)/化工領(lǐng)域，代謝組學(xué)可用于除草劑和殺蟲劑的開發(fā)。隨著食品健康和食品安全重要性的提高，代謝組學(xué)將可能成為監(jiān)測(cè)和改善食品質(zhì)量的有用工具，可用于食品加工和質(zhì)量控制，或改良作物品種和開發(fā)新食品的作物育種等領(lǐng)域。隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)及天然能源的H益耗竭，人們一直在尋找新的替代能源，如植物或微藻類生物能。用代謝組學(xué)可以研究這些生物體在不同環(huán)境和遺傳條件下的代謝變化，從而最大限度地提高其所產(chǎn)生的桂類產(chǎn)量和種類。代謝組學(xué)譜型分析與基因表達(dá)研究或蛋白質(zhì)組學(xué)分析這些只揭示細(xì)胞中發(fā)生的一部分行為的研究不同，它能描述某一時(shí)刻細(xì)胞的完整生理狀態(tài)。更重要的是，如果能把蛋白質(zhì)組

4、學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的數(shù)據(jù)整合在一起（一種稱為系統(tǒng)生物學(xué)的整合性研究思路和方法），將獲得生命有機(jī)體生物學(xué)更完整的圖像。MaxPlanck研究所工作。一般來(lái)說(shuō)metabolomics”的使用更為廣泛。目前普遍認(rèn)為，“metabolomics”主要指研究總體代謝譜，而“metabonomics”則是描述生物干擾所引起的多種（但不一定是全部）代謝物的變化。實(shí)際上，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)在使用上多有重疊，常常不加區(qū)分。代謝組學(xué)的一般研究流程代謝組學(xué)分析通常有兩種主要方法(圖1)。發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)(DiscoveryMetabolomics)發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)一般包括：?代謝譜分析(也稱為差異表達(dá)

5、分析),在一組實(shí)驗(yàn)和對(duì)照樣品中,尋找豐度改變有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的感興趣代謝物？鑒定，進(jìn)行代謝譜分析后，測(cè)定這些代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)？解釋，研究流程的最后一步，解釋所發(fā)現(xiàn)的代謝物與生物過(guò)程或生物狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)靶向代謝組學(xué)(TargetedMetabolomics)靶向代謝組學(xué)分析的重點(diǎn)是采用大量天然和牛?物變異樣本，驗(yàn)證預(yù)先確認(rèn)的代謝物。需要用分析標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行定量分析。代謝組學(xué)“Metabolomics”與“Metabonomics”"Metabonomicsv的定義是“定量測(cè)定生物系統(tǒng)對(duì)生理和病理刺激以及基因改變的動(dòng)態(tài)、多參數(shù)代謝應(yīng)答”，這一術(shù)語(yǔ)源自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院。"metab

6、olomics”是由一位重■要的代謝組學(xué)研究者OliverFiehn首次提出的，他當(dāng)時(shí)在德國(guó)LC/MSQ-TOF尋找特征統(tǒng)計(jì)學(xué)分析GC/MS單四極桿鑒定GC/MS三重串聯(lián)四極桿通路分析統(tǒng)計(jì)學(xué)分析定量LC/MS三重四極桿圖1?代謝組學(xué)分析包括發(fā)現(xiàn)利靶向兩種方法。在完整的代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，數(shù)據(jù)將由多個(gè)分析平臺(tái)產(chǎn)生。一個(gè)軟件包，如安捷倫的MassProfiler專業(yè)軟件，將支持所有儀器，提高效率并確保一致的、可靠的結(jié)果3質(zhì)譜在代謝組學(xué)中的應(yīng)用質(zhì)譜(MS)因具有廣泛的動(dòng)態(tài)范圍、能進(jìn)行可重現(xiàn)的定量分析，而且能夠分析非常復(fù)雜的生理體液，已被用于代謝組學(xué)的研究中。由于這類樣品的復(fù)雜

7、性，為了盡可能多地檢測(cè)代謝物，在質(zhì)譜分析之前常常還要進(jìn)行分離(氣相色譜、液相色譜或毛細(xì)管電泳)。將分離與質(zhì)譜結(jié)合在一起，形成了一種非常靈敏而快速的方法,可以檢測(cè)含有幾百到幾千種化合物的樣品。沒有其它的分析方法如此適合這項(xiàng)任務(wù)。代謝組學(xué)的挑戰(zhàn)典型的代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)需要大量樣品才能得到精確統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。由于代謝物存在巨大的化學(xué)多樣性，以及在豐度上的巨大差異，代謝組學(xué)研究通常需要多種技術(shù)；某種類型的樣品往往比其他樣品更適合采用某種特定的分析技術(shù)。完備的代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)將GC/MS和LC/MS都作為其分析方法。除了需要高度靈敏和精確的儀器之外，強(qiáng)大的軟件工具對(duì)