① 代謝組學的介紹
代謝組學(metabonomics/metabolomics)是效仿基因組學和蛋白質組學的研究思想,對生物體內所有代謝物進行定量分析,並尋找代謝物與生理病理變化的相對關系的研究方式,是系統生物學的組成部分。其研究對象大都是相對分子質量1000以內的小分子物質。先進分析檢測技術結合模式識別和專家系統等計算分析方法是代謝組學研究的基本方法。
② 做代謝組學檢測的血液樣本怎麼採集與前處理
採集:
由於生物樣本通常採用組內平行樣本,不可避免的會由於時間、環境等因素產生「個體差異」,所以在採集動物血液時需要使用麻醉劑以減少採血過程中動物的疼痛感、不適感、創傷性,以減小應激反應造成的代謝物的變化、盡量縮短採集時間、保持一致的採集部位等細節問題;另外也考慮到樣本採集或制備的原則和易實現性,操作應具有簡便性和可重現性。
從生物體內採集出的血液首先會收集到專用容器,如動物實驗使用注射器取血後可以直接存儲在EP管內或采血管中,但若是從醫院檢驗科採集的血液會首先存儲在專用的真空采血管內,管內分別含有不同種類的抗凝劑、促凝劑等成分,適用於不同檢測項目,例如血清和血漿的生化試驗、免疫試驗、凝血試驗、紅細胞沉降率試驗、血常規檢測、血糖檢測等。常用的抗凝劑有EDTA、檸檬酸鈉、肝素鈉、肝素鋰,這些成分在與血液混合時不可避免地會產生基質效應,如促進或抑制血液中的細胞代謝、酶代謝,造成血液中小分子的種類和含量變化。有學者在血液與抗凝劑/促凝劑的相互作用方面進行了研究,認為肝素鈉相比於其他抗凝劑,與血液混合後引起的基質效應較弱,產生的雜質較少,並且也滿足重現性要求,在代謝組學研究中若使用氣質聯用或高分辨的液質聯用作為主要分析技術,建議選擇含有肝素鈉作為抗凝劑的采血管儲存離體血液。
前處理:
血液中含有血細胞,在采血後血細胞仍有短時間的存活,所以在採集血液樣本後需要盡快分離血細胞,例如高速離心可以將微小雜質及血細胞沉澱,減少離體血細胞的代謝造成的影響。若不需要第一時間進行分析,則應該盡快分裝,並儲存在-80℃生物低溫冰箱中。從微觀角度來說,借鑒化學反應速率常數隨溫度變化關系公式(阿倫尼烏斯公式),生物樣本的代謝活動與樣本所處溫度成正相關,在-80℃或液氮(-196℃)這種極低溫度下,血液中的酶或其他活性物質的活動才會減弱或停止,同時樣本中的水以晶體形式存在,減小了流動性,分子的傳輸性極大減弱,避免樣本變質或分解代謝,可保存數月數年。
血液樣本的前處理相比於尿液等其他類型的體液樣本,過程更多也更細致一些。原因是血液中含有的成分十分復雜,不同種類的化合物極性千差萬別,且存在種類較多、豐度較高的蛋白質成分,通常採用一定比例的有機溶劑進行渦旋震盪萃取(有機溶劑沉澱法),使極性和非極性小分子物質充分溶解在溶劑中,經高速離心後得到的上清液和下相為小分子萃取液,沉澱物質為蛋白及雜質成分。廣泛使用的溶劑包括甲醇、水、乙腈,其他如丙酮、異丙醇等等低極性和高極性的溶劑需要根據具體實驗需求而單獨定製設計。
總體而言,血液樣本的採集與前處理看似簡單,但過程中包含大量細節考慮與操作,應盡可能標准化,但一種方法不可能適用於所有實驗,需要圍繞實驗目的進行充分的個性化實驗設計,樣本的採集和前處理遵循易實現性、易重現性、多組分保留等原則,在生物樣本的來源、採集、前處理等源頭把關,保障實驗最終數據與結果的可靠性,經得起驗證。
③ 緊急求助,代謝組學的代謝通路富集分析和MYROLE該怎麼用
代謝組學的代謝通路富集分析和MYROLE該怎麼用
代謝組學是對一系列相似的生物樣本中的代謝物進行比較分析的學科。代謝物在生物系統中起著至關重要的作用,因此代謝組學可用於發現和鑒定生物標志物,或更好地了解葯物或疾病對已知和未知生物通路的影響。成功的代謝物組學研究依賴於有效的代謝物提取。對於非靶向代謝組學研究,需要提取細胞和體液中的多種代謝物,並去除無需分析的蛋白質等成分。再加上代謝物的理化性質多樣,豐度動輒相差若干數量級,更進一步增加了提取的難度。液液萃取這種兩相分離方法常被用於代謝物的提取。液液萃取中有機溶劑和水溶液的性質、體積、溶劑比例、水溶液的pH 值都必須仔細考慮。這些因素會顯著影響提取的代謝物數量和實驗的重現性。本應用報告介紹了採用液液萃取提取紅細胞代謝物的方法。結果表明,調整水相/有機相的比例對於兩相分離非常重要。同時水相pH 值對提取的代謝物數量也有很大影響,為了提取盡可能多的代謝物,需要採用多個pH 值進行提取。
④ 代謝組學的研究方法
代謝組學的研究方法與蛋白質組學的方法類似,通常有兩種方法。一種方法稱作代謝物指紋分析 (metabolomic fingerprinting),採用液相色譜-質譜聯用(LC-MS)的方法,比較不同血樣中各自的代謝產物以確定其中所有的代謝產物。從本質上來說,代謝指紋分析涉及比較不同個體中代謝產物的質譜峰,最終了解不同化合物的結構,建立一套完備的識別這些不同化合物特徵的分析方法。另一種方法是代謝輪廓分析(metabolomic profiling),研究人員假定了一條特定的代謝途徑,並對此進行更深入的研究。
對於代謝產物來說,不僅只有質譜峰這個特徵。更進一步說,質譜(MS)並不能檢測出所有的代謝產物,並不是因為質譜的靈敏度不夠,而是由於質譜只能檢測離子化的物質,但有些代謝產物在質譜儀中不能被離子化。採用核磁共振(NMR)的方法,可以彌補色譜的不足。劍橋大學的Jules Griffin博士,正在使用質譜與核磁共振結合的方法,試圖建立機體中的完整代謝途徑圖譜。Griffin用核磁共振檢測高豐度的代謝產物,由於核磁共振檢測的靈敏度不高,所以只用於分析低豐度代謝產物。
過去,只有毒理學方面的研究使用核磁共振,而質譜只在植物代謝研究中採用。如今,這兩種方法在代謝組學研究中已經普遍使用。為在不同樣品間進行有意義的比較,研究人員必須結合使用這兩種方法獲得的大量數據進行分析。此外,還需要結合基因組學研究獲得的數據。
Gary Siuzdak博士在美國克利普斯研究院(TSRI)從事生物信息學問題的研究,他設計了一個分析來自不同樣品代謝產物變化的實驗方案。研究人員可以通過生物信息學軟體XEMS比較不同的數據,從而識別出代謝產物。軟體提供了所有代謝產物的分子量數據,這些代謝產物濃度因不同的個體而變化。公眾可以從網上免費獲取這些數據。
Siuzdak博士表示,他們正採用綜合研究的方法進行代謝組學研究,試圖檢測出盡可能多的代謝產物,超越人們過去使用方法所能達到的目標。通過個體研究,希望能在一定程度上識別出與應激有關的新分子,這些應激物可能是一種疾病,一種敲除酶,或者是其他的物質。
⑤ 簡述代謝組學的概念、研究技術和應用。
代謝組學是上世紀九十年代中期發展起來的一門新興學科,是系統生物學的重要組成部分。它是關於生物體系內源代謝物質種類、數量及其變化規律的科學,研究生物整體、系統或器官的內源性代謝物質及其所受內在或外在因素的影響。
代謝組學利用高通量、高靈敏度與高精確度的現代分析技術,對細胞、有機體分泌出來的體液中的代謝物的整體組成進行動態跟蹤分析,藉助多變數統計分析方法,來辯識和解析被研究對象的生理、病理狀態及其與環境因子、基因組成等的關系。「代謝組學」是一種整體性的研究策略,其研究策略有點類似於通過分析發動機的尾氣成分,來研究發動機的運行規律和故障診斷等的「反向工程學」的技術思路。由於代謝組學著眼於把研究對象作為一個整體來觀察和分析,也被稱為「整體的系統生物學」。
通過現代超高效液相色譜/高分辨質譜聯用儀等技術分析體液中的代謝物組成譜,並利用多變數統計分析技術,把所有代謝物的組成信息都整合到一起,為在系統和整體的層面上比較和分析生物的代謝特性開辟了新的技術路線,具有廣闊的發展前景。近幾年來,已經有越來越多的學者將現代代謝組學技術運用到人體和動物的整體代謝與功能性研究中。
代謝組學創始人、英國帝國理工大學Jeremy Nicholson教授認為人體應該作為一個完整的系統來研究,應用代謝組學來理解疾病過程,與中醫的整體觀和辨「證」論治思維方式不謀而合。代謝組學和中醫中葯的哲學觀相吻合,代謝組學是研究中葯最好的選擇。研究中葯這種復雜混合物的毒性,代謝組學是最好的方法,選擇不同產地、不同數量、不同組分的中葯,做出代謝組圖,根據組成變化與毒性、葯效相對應,就可把有效的成分最大化,把有毒的東西剔除。同樣,代謝組學也是中葯質量控制的主要研究手段,有利於中葯的出口和國際化。
代謝組學與有著幾千年歷史的中醫學在許多方面有相近的屬性,它們的有機結合將可能有力地推動中醫葯理論的現代化進程。代謝組學」可能成為我國傳統醫學走向國際化的通用語言。上海系統生物醫學研究中心與上海中醫葯大學合作,在用代謝組學研究中醫腎陽虛證的分子機理、中葯腎毒性的預測以及支持中葯在國際市場的登記注冊等方面已經取得很好成效,顯示了代謝組學與中國傳統中醫葯結合的強大生命力。
代謝組學是從整體上研究復雜生命現象的新興學科。研究代謝組學的關鍵是要發展大規模、並行化測定復雜混合體系中代謝物組成信息和對大量數據進行分析和建模的能力。技術手段的發展是代謝組學發展的關鍵因素。上海系統生物醫學研究中心依託上海交通大學強大的工程學和理學研究力量,結合深厚豐富的臨床和基礎醫學研究經驗,致力於代謝組學研究具有相當的優勢。
美國Waters公司是全球分析儀器領域的先導者,在復雜體系分析領域獨樹一幟,具有領先的分析平台, 配套的計算軟體和雄厚的技術儲備。學科的發展催生學科研究工具的產生,近年來,他們根據代謝組學發展的要求,與代謝組學創始人Jeremy Nicholson教授合作,首創全球領先的超高效液相色譜UPLC技術,與高分辨質譜技術和計算技術結合,推出了以超高效液相色譜/高分辨質譜聯用儀UPLC-QTOF為代表的代謝組學分析系統,一次可以從尿液樣品中快速獲取2萬多個數據點,為從整體上深入把握人體的生理代謝狀況,細致入微地刻畫和反映人體的疾病過程,提供了先進可行的工具。
為了加快代謝組學的發展,特別是推動我國傳統醫葯國際化的進程,上海系統生物醫學研究中心和美國Waters公司決定成立國際一流的代謝組學聯合實驗室,並於2006年6月23日在上海交通大學舉行了正式的簽約儀式,雙方承諾共同努力將此實驗室建設成為我國發展代謝組學的研究基地,人員培訓基地和生物醫葯新用途開發基地。聯合實驗室將邀請代謝組學創始人、英國帝國理工大學Jeremy Nicholson教授擔任顧問,計劃每年定期在上海舉行代謝組學高級研修班,這將極大的促進我國代謝組學的研究進展和增強及時跟蹤國際前沿研究動向的能力,對於推動我國生物醫葯事業的發展具有十分重要的意義。
⑥ 闡述代謝組學研究中對代謝物進行分離分析的常用技術有哪些
闡述代謝組學研究中對代謝物進行分離分析的常用技術有哪些
代謝組學的研究方法與蛋白質組學的方法類似,通常有兩種方法。一種方法稱作代謝物指紋分析 (metabolomic fingerprinting),採用液相色譜-質譜聯用(LC-MS)的方法,比較不同血樣中各自的代謝產物以確定其中所有的代謝產物。從本質上來說,代謝指紋分析涉及比較不同個體中代謝產物的質譜峰,最終了解不同化合物的結構,建立一套完備的識別這些不同化合物特徵的分析方法。另一種方法是代謝輪廓分析(metabolomic profiling),研究人員假定了一條特定的代謝途徑,並對此進行更深入的研究。
對於代謝產物來說,不僅只有質譜峰這個特徵。更進一步說,質譜(MS)並不能檢測出所有的代謝產物,並不是因為質譜的靈敏度不夠,而是由於質譜只能檢測離子化的物質,但有些代謝產物在質譜儀中不能被離子化。採用核磁共振(NMR)的方法,可以彌補色譜的不足。劍橋大學的Jules Griffin博士,正在使用質譜與核磁共振結合的方法,試圖建立機體中的完整代謝途徑圖譜。Griffin用核磁共振檢測高豐度的代謝產物,由於核磁共振檢測的靈敏度不高,所以只用於分析低豐度代謝產物。
⑦ 如何分析代謝組學的數據
SPSS、SAS及SIMICA-P
⑧ 代謝組學中小分子鑒定方法基本原理
代謝組學是效仿基因組學和蛋白質組學的研究思想,對生物體內所有代謝物進行定量分析,並尋找代謝物與生理病理變化的相對關系的研究方式,是系統生物學的組成部分。其研究對象大都是相對分子質量1000以內的小分子物質。先進分析檢測技術結合模式識別和專家系統等計算分析方法是代謝組學研究的基本方法。
⑨ 怎麼用ipa軟體進行代謝組學的分析
IPA(Ingenuity Pathway Analysis),是基於雲計算的一體化生物通路分析軟體。其在高度結構化的生物信息平台Ingenuity Knowledge Base支持下,一方面可以搜索基因、蛋白、葯物等的各類相關信息,並構建相互作用模型;另一方面還可以分析來源於基因組、micro-RNA、SNP、晶元、代謝組、蛋白組等的實驗數據。
近年來,隨著IPA軟體的發展和完善,已經廣泛地被生命科學研究學界接受,並且目前使用IPA處理數據發表的論文高達上萬篇,如在疾病發病機理、癌症等方面。