代谢组学

代谢组学问答四十八式,准备好接招了吗?(一)

 

上周

蛋白质组学院的大师们

传授了《蛋白质组学秘笈》上、中、下三册的内容

不知各位是否已经领略了其中的精髓

并且有所收获

 

这一次

代谢组学院的大师们也趁势而上

推出了《代谢组学问答四十八式》

这其中蕴含了何种奥秘

快跟着小编一起来学习吧

 

 

 

-THE FIRST-

代谢组学主要的研究对象

及研究目标有哪些?

 

代谢组学的研究对象主要是分子量小于1000Da的内源性小分子,研究方向包括:全代谢组研究(对限定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的定性和定量),靶向代谢组研究(对某个或某几个特定组分的分析),代谢轮廓分析(对少数所预设的一些代谢产物的定量分析),代谢指纹图谱分析(不分离鉴定具体单一组分,而是对样品进行快速分类),其中全代谢组和靶向代谢组研究是目前代谢组研究的主要方向。

 

-THE SECOND-

代谢组研究相对于基因组和蛋白质组

研究而言有什么不同之处?

 

主要特点包括三方面:

基因和蛋白表达的有效的微小变化会在代谢物上得到放大,从而使检测更容易;

代谢组学的技术不需建立全基因组测序及大量表达序列数据库;

因为代谢产物在各个生物体系中都是类似的,所以代谢组学研究中采用的技术更通用。

 

-THE THIRD-

代谢组学在系统生物学中

有什么作用?地位如何?

 

基于组学技术的系统生物学研究内容涵盖基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学。这几种组学的研究中,基因组学主要研究生物系统的基因结构组成,蛋白质组学研究有生物系统表达的蛋白质及由外部刺激引起的差异。

 

系统生物学中,基因组学和蛋白质组学和告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么。

 

代谢物作为生物体表型的基础能够帮助我们更直观有效地了解生命现象揭示生命本质。代谢组学本质上是指从整体上研究生物体的代谢物,是对某一生物、组织或细胞中的所有低分子量代谢产物进行定性与定量分析的一门科学。

 

代谢组学以指标分析为基础,高通量检测为手段,通过研究生物体内代谢物的种类与数量及其变化规律来阐述机体在正常生命状态及环境变化后的代谢过程。代谢组是系统生物学的分支学科之一。

 

目前,其研究内容主要包括对代谢物进行定性或定量分析,不同基因型的生物体进行代谢组学表型研究,不同生长环境及加物理、化学或生物性刺激后个体代谢产物的应答,进行代谢途径或代谢网络解析与转基因评价。

 

-THE FOURTH-

代谢组和毒理学的关系?

 

 

毒理学是一门研究外源因素(化学、物理、生物因素)对生物系统的有害作用的应用学科。是一门研究化学物质对生物体的毒性反应、严重程度、发生频率和毒性作用机制的科学,可以对毒性作用进行定性和定量评价。

 

代谢组学以指标分析为基础,高通量检测为手段,通过研究生物体内代谢物的种类与数量及其变化规律来阐述机体在正常生命状态及环境变化后的代谢过程。代谢组研究内容之一是不同生长环境及加物理、化学或生物性刺激后生物体代谢产物的应答,代谢途径或代谢网络的解析。

 

动物的毒害与植物的毒害,植物的生物胁迫(病虫害)与非生物胁迫(旱、盐、冷、热、紫外、重金属等)都会对生物体产生刺激。因此毒理学可以作为代谢组学研究的手段,而代谢组学研究可以为毒理学研究基础的阐述提供参考,两者相辅相成,以研究生物体代谢机制。

 

-THE FIFTH-

目前的主要代谢组技术有哪些?

各有什么特点?

 

目前主要的代谢组技术平台主要有NMR(核磁共振)、GC-MS(气相色谱-质谱)、LC-MS(液相色谱-质谱)。

 

NMR技术具有无损伤性,无辐射性,无偏向性,方法灵活,处理简单等优点,但灵敏度较低,动态范围有限;

GC-MS技术具有高分辨率,高灵敏度,有比较标准的数据库,易于定性等优点,但需衍生化,预处理繁琐;

LC-MS技术具有灵敏度较高,较宽动态范围,无需衍生化等优点,但标准谱图库信息不全,不易定性;

 

-THE SIXTH-

应该如何选择实验平台?

 

 

代谢物分布广,性质差异大,单靠一种分离分析手段难以进行无偏向的全面分析,应根据样品的性质及研究目的来选择并综合利用多种技术平台。

 

植物代谢物主要分为初生代谢物与次生代谢物两大类。

 

进行初生代谢研究时,大多使用GC-MS,

进行次生代谢研究时,大多使用LC-MS,

LC-MS使用的物质范围则相对更为广泛一些。

 

-THE SEVENTH-

代谢组可以精确描述样本内

所有可能的代谢物吗?

 

目前由于分析技术上的局限性,尚未产生出一种分析技术可以精确描述样本内所有可能的化合物。

鉴于这种分析手段上的欠缺,代谢组学的最终目标还只是科学家们的理想。各大分析仪器公司也都将代谢组学目标设定为今后研发的一个重要方向,随着分析技术的逐步进步,更精确更全谱的分析仪器将会逐步被研发出来,进而为代谢组学提供更强大的技术平台。

 

-THE EIGHETH-

代谢产物分析有哪几种?

代谢靶标分析和全代谢组分析区别?

 

根据研究的对象和目的不同,生物体系的代谢产物分析分为以下几个层次:

 

代谢物靶标分析:某一个或某几个特定组分的定性和定量分析,如某一类结构、性质相关的化合物(氨基酸、有机酸、顺二醇类)或某一代谢途径的所有中间产物进行分析,不分离鉴定具体单一组分;

代谢物指纹分析:同时对多个代谢物进行分析,不分离鉴定具体单一组分;

代谢轮廓分析:限定条件下对生物体内特定组织内的代谢产物的快速定性和半定量分析;

代谢组分析:对生物体或体内某一特定组织包含的所有代谢物的定量分析,并研究该代谢物在外界干预或病理生理条件下的动态变化规律。

 

-THE NINTH-

代谢组生物统计学分析的

方法和意义?

 

代谢组学本质上是指从整体上研究生物体的代谢物,是对某一生物、组织或细胞中的所有低分子量代谢产物进行定性与定量分析的一门科学。

 

而对应的统计学分析属于统计学范畴,与代谢组学并无直接关系,但是可以通过统计学分析来判断样品的重复性、代谢物的差异以及进行遗传分析。

 

因此,统计学分析结合代谢物组学并无严格限制。常用的统计学分析包括独立样本t检验,配对样本t检验,F检验,one-way ANOVA,Two-way ANOVA,PCA, PLS-DA,OPLS-DA,相关性分析,回归分析。

 

此外,遗传连锁分析,全基因组关联分析,候选基因的全基因组关联分析等手段已广泛应用与功能基因组研究。

 

-THE TENTH-

介绍一下代谢组用的什么仪器?

不同公司之间的仪器的差异?

检测灵敏度?

精确度?

 

GC-MS平台Aglient 7890B-5977A

 

四级杆质谱仪,QMS;(是最常见的质谱仪器,定量能力突出,在GC-MS中QMS占绝大多数,无串极能力,定性能力不足,分辨力较低(单位分辨),存在同位素和其他m/z近似的离子干扰。

 

LC-MS平台:AB 5600 Triple TOF

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