基本概念
代謝物：所有分子量小于1500Da的小分子物質(zhì)，包括糖類、核苷、有機(jī)酸、酮類化合物、多肽、氨基酸、有機(jī)胺類、醛類化合物、脂質(zhì)、萜類、類固醇、生物堿、小分子藥物等等。
代謝組：一個細(xì)胞、組織、器官中所有代謝物的集合。
代謝組學(xué)：利用高通量的技術(shù)來鑒定和定量一個細(xì)胞、組織或器官中所有小分子或代謝物的生命科學(xué)研究。
代謝組學(xué)分類與應(yīng)用
| 非靶向代謝組學(xué) | 靶向代謝組學(xué) | |
|---|---|---|
| 研究目的 | 無偏向性的對所有小分子代謝物同時進(jìn)行檢測分析 | 對指定列表的代謝產(chǎn)物的分子，特別針對一種或幾種途徑的代謝產(chǎn)物 |
| 優(yōu)點(diǎn) | 無偏向性，高通量，樣本無序特出處理且一次進(jìn)樣分析 | 靈敏度高，完全定量，可得到樣本中代謝物的濃度 |
| 缺點(diǎn) | 需要進(jìn)行復(fù)雜的生物信息學(xué)分析；只能獲得半定量的結(jié)果 | 需要購買標(biāo)準(zhǔn)品，進(jìn)行分析方法的開發(fā)、驗(yàn)證，研究成本高 |
| 分析平臺 | NMR、LC-MS、GC-MS等 | HPLC、GC、LC-MS、GC-MS等 |
| 分析技術(shù) | 靈敏度mol | 優(yōu)勢 | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|---|
| 核磁共振NMR | 10-6 | 無創(chuàng)檢測，樣品需求量大；特異性高、分辨率高，能夠?qū)Υx物同時完成定性和定量分析 | 動態(tài)范圍有限，靈敏度較低，硬件投資較大 |
| 液質(zhì)聯(lián)用LC-MS | 10-15 | 靈敏度、分辨率高，可以分析不穩(wěn)定、不易衍生化、難揮發(fā)和分子量較大的代謝物 | 數(shù)據(jù)庫不健全，可鑒定的化合物有限 |
| 氣質(zhì)聯(lián)用GC-MS | 10-12 | 分辨率、選擇性好，數(shù)據(jù)庫較多 | 樣品處理過程較為繁瑣，難揮發(fā)性物種或半揮發(fā)性物種需要衍生化后才能進(jìn)行分析 |
代謝組學(xué)應(yīng)用：
- 遺傳疾病分析
- 營養(yǎng)成分分析
- 臨床樣品分析
- 耐藥性分析
- 移植監(jiān)測
- 毒理學(xué)測試
- 發(fā)酵過程檢測
- 藥物分型
- 水質(zhì)分析
- 石油化學(xué)品分析
代謝組學(xué)研究意義與優(yōu)勢
- 代謝組的時間響應(yīng)在所有組學(xué)中最快。
- 代謝組的結(jié)果易于理解，容易與表型和功能結(jié)合。
代謝組學(xué)分析流程
- 樣本收集
- 數(shù)據(jù)采集（NMR/LC-MS/GC-MS獲取譜圖數(shù)據(jù)）
- 譜圖——峰表（譜圖處理得到特征矩陣）
- 代謝物定性（譜圖數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)集峰位置、相關(guān)模式、相對強(qiáng)度等特征相匹配）
- 差異離子篩選（單變量分析、非監(jiān)督/監(jiān)督多變量分析、多元分析、分類模型、候選標(biāo)志物）
- 功能分析（Pathway分析、富集分析、相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析（高斯模型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)））
代謝組學(xué)常見名詞
- m/z
- TIC：總離子流色譜圖（Total ion chromatogram），總離子流隨時間變化的圖譜。在TIC中，縱坐標(biāo)表示收集存儲離子的電流總強(qiáng)度，橫坐標(biāo)表示離子的生成時間或連續(xù)掃描的掃描次數(shù)。
PS：TIC是在GC-MS或LC-MS等方法中使用的一種色譜圖。質(zhì)量分析器在可能出現(xiàn)的質(zhì)荷比范圍內(nèi)以固定時間間隔重復(fù)地掃描，檢測系統(tǒng)就可連續(xù)不斷的得到變化著的質(zhì)譜信號。計(jì)算機(jī)一邊收集存儲，一邊將每次掃描的離子流求和，獲得總離子流。
EIC：提取離子色譜圖（Extracted Ion Chromatogram），就是從TIC中提取的某個離子的色譜圖。
一級質(zhì)譜/二級質(zhì)譜圖
