代谢组学概述.ppt

代谢组学概述 目录 3样品预处理与提取 4代谢物检测技术 汇报内容 5数据处理方法 6研究计划 2研究对象 1背景 概念和意义 背景概念意义 对基因 mRNA 蛋白质的研究催生了基因组学 转录组学 蛋白质组学 这些组学描述的内容是可能发生的事件 受到诸多环境 饮食 年龄等因素的影响 且会有平衡和反馈机制 这些可能的事件并不一定发生 小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终结果 其它组学所起的改变会在代谢层面放大 更灵敏 代谢物结构与功能清楚 数量少 更容易解释其机理变化 研究背景与意义 优势 代谢组 代谢组学 环境代谢组学 利用代谢组学技术探讨生物有机体与生态环境之间相互作用的一门学科 着重于研究生物体应对环境影响因素的代谢变化 研究生物体系受外部刺激所产生的所有代谢产物变化的科学 反映的是外界刺激或遗传修饰的细胞或组织的代谢应答变化 一个细胞 组织 器官或者一个生物体中在某一特定状态下的所有内源性小分子代谢产物的集合 如氨基酸 糖 有机酸 脂肪酸 核苷 核苷酸等 研究背景与意义 基本概念 只有第4层次才是真正意义上的代谢组学研究 目前 代谢组学的最终目标还是不可完成的任务 研究背景与意义 相关分类 定性并半定量分析生物样品中全部代谢物 研究背景与意义 应用 毒物与细胞或组织相互作用 内源性代谢物质比例 浓度变化 轻微时 与体液交换组成进行代谢调控 应用现代分析手段定性和定量研究内源性代谢产物 分析生物体内在毒物作用前后代谢产物图谱的变化 识别毒物靶标 剂量关系 毒性作用机制和生物标志物 剧烈时 动态平衡彻底丧失 体液中出现毒性生物标志物 研究背景与意义 原理 研究流程 研究流程 模式识别和统计分析 如PCA PLS DA OPLS DA等 解析与机体生理病理有关的生化过程 应用较多 研究流程 实验对象 血 尿 唾液 眼泪 精液 羊水 脑脊液以及各种腺体的分泌液 胆汁 胰液 肠液 心 肝 脾 肺 肾 肌肉 骨骼 脊髓 脑组织 动植物细胞 酵母细胞 细菌 真菌 病毒个体 血液被认为是最具研究价值的一种体液 含有多种代谢物 能够较为全面反映生物体的代谢状况 尿液与肾有着密切联系 同时机体代谢 疾病等情况 也会造成尿液中化学组成的改变 肝是进行代谢的主要场所 因此血 尿 肝组织的整合分析在代谢组学研究中发挥着重要作用 粪便等 研究流程 样本来源 研究流程 样品预处理与提取 除了核磁共振NMR和普通的GC MS LC MS之外 用于代谢组学的分析技术还有气相色谱 飞行时间质谱 超高效液相色谱 飞行时间质谱 傅里叶变换质谱 傅立叶离子回旋共振 质谱和毛细管电泳 质谱联用等 由于代谢产物和生物体系的复杂性 至今为止 尚无一种能满足所有要求的代谢组学分析技术 只有通过组合不同的分析技术才能够比较全面准确地测定代谢组内容 常用的代谢组学分析技术比较 研究流程 检测技术 提高NMR灵敏度 分析注意事项 GC MS衍生化 主要衍生化试剂是硅烷化试剂MSTFA和BSTFA 三甲基氯硅烷可用作衍生化催化剂 常溶于吡啶中 使用超高磁场强度的核磁共振波谱仪 使用冷冻到4 5K的探针 使用二维核磁技术 用CPMG Carr Purcell Meiboom Gill 自旋回波序列消除蛋白质类大分子物质的干扰 研究流程 检测技术 研究流程 数据预处理 PCA应用最广泛 其将复杂的数据降到一个低维空间 以分类图的形式显示出来 能够获得研究对象的可视化总览 而不受其他人为因素的影响 为了在差异较为细小时获得更为准确的结果 偏最小二乘法 判别分析PLS DA根据样本间的预设分类标准来统计与建模 OPLS DA是先采用滤噪技术正交信号校正来滤掉由与实验目的不相关的因素所引起的代谢变化再进行PLS DA 还需要验证模型的有效性和显著性 研究流程 多元数据分析 SIMCA P UmetricsAB Ume Sweden 分析的结果以得分图表示样本的分离聚合情况 以载荷图表示样本之间分类的差异变量 将载荷图与得分图对应起来看 就可以发现在与样本分类聚集相应的方向上 那些离原点越远的变量 相应的权重系数也越大 对分类的贡献越大 将这些变量所对应的谱峰与代谢物数据库进行比较确定它是什么代谢物 进而推断机制 并有可能找到生物标志物 研究流程 多元数据分析 文献中常用的代谢物数据库 代谢组学研究的目的之一就是了解各种小分子