代谢组学那些事儿一

1、代谢组学那些事儿(一)15 代谢组学 (Metabonomics or Metabolomics)是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的新兴的组学技术，是系 统生物学的重要组成部分，据统计，近些年来代谢组学的研 究越来越活跃， 美国国家健康研究所 (NIH) 将代谢组学的发展 规划纳入了国家生物技术发展的路线图计划中，许多国家的 科研单位也先后开展了代谢组学的研究工作。然鹅，代谢组 学毕竟兴起的时间短，老师们对其还不甚了解，小编就收到 了许多老师的关于代谢组学方面的疑问，小编在这里将这些 问题进行了整理， 希望能对各位老师有所帮助。 话不多说， 让我们进入正题吧！壹什么情况下选择代谢组学？首先

2、代谢 组学是通过考察生物体系在一特定生理时期内受到刺激或 扰动前后所有小分子代谢物的组成及其含量变化，从而表征 生物体系的整体代谢特征。其研究对象是分子量 1000Da 以 下的小分子物质，如糖、有机酸、脂质、维生素、氨基酸、 芳香烃之类的化合物。如果老师关注的是小分子物质，可以 采用代谢组学的方法对样品内检测到的小分子物质进行定 性和定量分析。其次，研究代谢物的表达量变化，代谢物与 生理病理变化的关系，能够帮助寻找新的生物标记物，发现 新的代谢途径，以及更进一步深入了解目前已知的代谢途径， 应用于疾病的早期诊断、药物靶点的发现、疾病的机理研究及疾病诊断等方面。贰代谢组学我该选择什么平台？代谢

3、组学的技术平台主要分为 NMR、GC-MS、LC-MS。NRM 核磁共振技术，是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自 旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物 理过程。优点： （1）无损的多参数和动态监测技术； （2）样 品需求量小，前处理比较简单，对于复杂的生物样本比较合 适；（3）检测时间短， 保证样品在检测时间内维持原有性质； （4）丰富的分子结构和动力学信息；（5）同时完成定性定量分析，数据后处理简单灵活； （ 6）检测物质没有偏向性。 缺点：（1）灵敏度低， 500HZ 的检测限理论为 10uM ；（2） 检测动态范围有限，很难同时检测一个样品中含量相差很大 的物质。（3

4、）检测的化合物数量有限。GC-MS 全称是气相色谱质谱联用技术， 载气推动复杂分析物， 经气相色谱分离， 进入到高真空质谱系统的离子源进行离子化。根据不同碎片 离子在电磁场的不同运动行为，按质荷比（ m/z ）排列得到 质谱信息，进而实现代谢物的定性定量。优点： （ 1）重现性 好，技术成熟； （2）分辨率和灵敏度高； （3）有成熟的商业 数据库， 结构定性可靠。 缺点：（1）样品处理过程繁琐； （ 2） 检测物质有偏向性，主要分析挥发性物质和可衍生化的具活 性氢基团物质。 LC-MS 全称液相色谱质谱联用技术。 样品在 色谱部分和流动相分离，被离子化后，经质谱的质量分析器 将子母离子碎片按质

5、量数分开，经检测器得到化合物质谱信 息，进而得到代谢物的定性定量结果。优点： （ 1）分析范围 广，分离能力强，灵敏度和分辨率高于其他平台； （ 2）样本 前处理简单，重现性好； （3 ）检测物质没有偏向性，可以分 析不稳定、不易衍生化、难挥发和分子量大的代谢物，可对 极性化合物有较好的检测。缺点： （ 1）没有成熟的商业数 据库， 可鉴定的化合物有限。GC-MS 和 LC-MS 技术结合了色谱良好的分离能力和质谱的 普适性、高灵敏度以及专一性， 是目前做代谢组学常用的 技术平台。 但是目前为止没有任何一个检测平台能够同时 检测样本中所有的化合物，只能通过选择性的提取结合各检 测平台的并行检测

6、来解决。因此在选择平台时应结合自身样 本情况与个体需求，综合考虑。叁做代谢组学选取什么类型 的样本？ 样本如何处理？一般而言，代谢组学样本的类型 多种多样， 常见的有以下几大类： 血清、 血浆、尿液、粪便、 细胞、细菌、组织、培养液、植物的花、茎、叶等。老师们 可根据自己的研究目的选取合适的样本进行实验。代谢研究 的样本处理和采集要遵循“保持最鲜活状态”的原则，采集样 本后立即通过置于液氮、干冰或者 -80 C冰箱中，阻止样本 离体后的进一步代谢活动， 并保证样本在实验前一直处于 -80 C以下。肆代谢组学的结果包含哪些内容？结果包含的 内容与项目的协议有关。目前我们提供的代谢组学服务有全 物

7、质鉴定，非靶向代谢组学和靶向代谢组学服务。全物质鉴 定服务，即检测样本中有哪些代谢物，结果我们只能提供一 份定性物质列表的信息。非靶向代谢组学服务，即普筛或者 盲筛，目的在于筛选出两组样本间的差异代谢物，结果我们 会提供一份数据矩阵，多元统计分析（ PCA 、PLS-DA 、 OPLS-DA ），差异代谢物列表，高级分析（差异代谢物层次 聚类分析和通路注释、富集分析） 。需要注意的是 LC-MS 非 靶向代谢组学分析无法得到全物质鉴定的信息。 GC-MS 非 靶向代谢组学如果需要全物质鉴定的信息需提前和技术沟 通。靶向代谢组学服务，即已经有关注的物质，检测样本中 关注物质的准确含量，结果我们会

8、提供关注的物质在各样本 中的准确含量及相应标品建立的标准曲线信息。伍开展代谢 组学研究，如何设计样本的生物学重复？代谢物处于生命活 动的下游，相较于基因和蛋白，其动态波动性大。因此需要 很多生物学重复来增加数据的可靠性和说服力。对于全物质 鉴定的项目：一般情况下是可以不设置生物学重复，也可以 设置生物学重复，没有特别的规定，老师可根据实际实验需 求进行设置。非靶向代谢组学项目：是必须要设置生物学重 复的。通常情况下细胞 /微生物样本每组至少 6 个生物学重复， 模式动物 /植物样本每组至少 10 个生物学重复，临床样本每 组至少 30 个生物学重复。 样本重复数量强烈建议大于 6 个， 样本数

9、量过少，后续多元统计分析模型容易过拟合，统计结 果不可靠，会遭受质疑。靶向代谢组学项目：一般是用于验 证的，所以生物学重复的个数越多最终的结果是越可靠的。 一般情况下，靶向代谢组学每组至少 3 个生物学重复，少于 3 个生物学重复结果是不可靠的。陆同一个实验的样品可不 可以分成两批检测？建议最好不要分成两批检测，因为这两 个时间点仪器的响应是会发生变化，这样可能导致的问题是 一些含量低的物质可能只在一个批次里被检出，这样导致最 终的结果不可靠，我们应当尽可能的减少人为因素以及仪器 对实验结果的影响。柒每组样本的生物学重复个数一定要一 致吗？每组样本的生物学重复的个数不一致也是可以的，但 最好相差不要太多，差别不要超过 2/3 就可以了。相比较而 言，每组生物学重复的数量足够多是更为重要的。捌代谢组 学如何定性的，用的什么数据库？ LC-MS 定性是根据检测 到的离子质量数计算加荷模式，比对数据库中的物质的质量 数。 GC-MS 定性低根据检测到物质定性离子的谱图数据和 数据库中物质的谱图进行比对的。 目前代谢组学的数据库 是不区分物种的， LC-MS 常用的数据库是 Metlin 、 HMDB 以及部分自建库。 GC-MS 常用的数据库是 Fiehn 、NIST 以 及部分自建库。对于脂质组