专家观点代谢组学难点大拆解
全文共 2092 字,阅读大约需要 4 分钟 代谢组学被称为后基因时代的新热点,了解代谢组学发展和相关技术动态是每一生物代谢科研工作者的必备技能,本文由代谢组学知名学者中科院大连化物所许国旺研究员撰写,分享了代谢组学代谢组学实验设计、数据解读分析、数据库介绍及使用流程等一系列干货内容,希望对大家有所帮助。
在基因组-转录组-蛋白组-代谢组的系统生物学框架内(图1),代谢组是生物动态调控系统中最接近于表型的阶段,是生命的本质特征和物质基础。代谢组学一方面由于与健康疾病、营养科学、药物毒性、环境科学等密切相关,未来广阔;另一方面,由于代谢物结构迥异、种类众多,在技术开发和应用方面也面临巨大挑战。
图1 | 组织/细胞的系统生物学框架,涵盖了基因组、转录组、蛋白组、代谢组,脂质组等
a. 时下代谢组学技术与方法有哪些?
b. 如何将代谢组与自身课题进行连接?
c. 做代谢组学有哪些注意事项?
代谢组学发展趋势
代谢组学是定量描述生物内源性代谢物对内外因变化应答规律的科学,能够直接反映生命体的终端和表型信息,近年来在疾病诊断和分型、生物标志物发现、药物研发、基因功能解析、代谢途径及调控机理等领域发挥着重要作用。从代谢组学和脂质组学逐年发表的SCI文章(图2)可以看出,代谢组学发展迅猛。
图2 | 代谢组学在"Web of Science核心合集"逐年发表的文章统计图
代谢组学的核心
代谢组学的核心任务为:
1、对生物体系中的内源性代谢物及其变化规律进行表征;
2、以差异代谢物作为核心对生命奥秘进行解析。
其精髓是对小分子代谢物的定量分析 并发现差异代谢物,其中基于色谱/质谱联用的分离分析技术是研究的关键。
与核磁共振等技术相比,色谱/质谱联用技术具有灵敏度高、选择性好、动态范围宽、信息丰富等优点,已成为代谢组学研究的主流技术平台。具体应用而言:
对于非靶向分析: 色谱与高分辨质谱的联用必不可少;
而对于靶向分析: 基于多反应监测模式的三重四极杆质谱被认为是质谱定量的 "金标准" , 也是靶向分析使用较多的方法;
综 合了两种技术优势的拟靶向代谢组技术是代谢组研究的新方向 (图3)。
图3 | 拟靶向代谢组学的建立(Zheng F.J. et al., Nature Protocols, 2020)
拟靶向代谢组学的核心是通过非靶向方法的"拟"靶向化来实现的,包括三个步骤:1、基于四极杆飞行时间质谱的非靶向分析;
2、母离子/产物离子对的选择;
3、使用三重四极杆或QTRAP质谱系统采用MRM方式基于上述离子对对样品进行分析。
该技术由于结合了非靶向和靶向分析技术的双重优势,在代谢物分析的覆盖度上与非靶向方法接近,在灵敏度上与靶向分析一样,应用日益广泛。
在仪器平台的选择上,由于GC-MS和LC-MS在分离对象上的差别,使得其在代谢物的分离分析上具有各自的独特优势。两类仪器的联合使用可以实现对更多物质类型的检测分析,具备较强的应用价值(Xuan QH, et al., Advanced Science, 2020)。
研究难点及前景解析
代谢组学尚存在以下待解决的问题:
1、大样本的代谢组学 研究对代谢物检测的准确度和重复性有更高要求,需要开发更加快速、稳健的分析方法,保证实验室内各批次的分析重复性和实验室间数据的可比性;
2、针对微量样本甚至单细胞代谢组分析 ,发展小体积超高灵敏的痕量代谢物检测方法势在必行;
3、高分辨质谱信号中,仅仅小部分可以定性,大量未知代谢物的结构阐明方法 需要发展;
4、为了促进代谢组学解决实际问题和研究成果的转化,需要与生物化学和分子生物学紧密结合,阐明代谢物的功能 。
代谢组学是系统生物学的重要组成部分,与基因组、转录组、蛋白组等其他组学数据的整合,可以提供更全面的分子特征,获得病理生理状态、药物作用或应激扰动的变化信息,揭示分子机制。 多组学整合的研究已广泛应用到基础医学、临床诊断、药物研发、农业育种以及抗逆研究等领域的各个方面。目前,多组学信息的有效整合仍然是难点,需要系统生物学和计算机技术的共同进步。
方法学的创新是代谢组学在各领域广泛应用的重要前提。我们相信,随着科研的进步,代谢组学必将深入发展,在生命科学中发挥重要的作用。我们可进一步预期,我国的代谢组学会与其他学科一起蓬勃发展。具体有哪些创新、如何应用、如何与其它学科结合发挥更大价值,我相信一定会有研究者给出更好的答案。
总结
在技术飞速发展的代谢组学研究领域,精准和高通量正成为引领发展的方向。非靶向双平台代谢组(GC-MS+LC-MS)、拟靶向功能脂质组检测分析以及拟靶向脂质组、拟靶向代谢组和黄酮-酚类、神经递质、胆汁酸等精准靶向代谢常规检测分析,具有多重平台、更大容量、精准解读等优势,也为揭示隐藏在大数据背后的生物学机理提供更好的支持。
几十个国家研究的这些陨石居然是中国吉林陨石雨是1976年发生在我国吉林地区的陨石雨,也是世界上最大的石陨石雨。由于吉林陨石雨发生在世界陨石学较为成熟的年代,因此,吉林陨石雨发生后,相继有14个国家近30个实验室对此
生命来自陨石的新证据(参考中国科学报)中历鉴定陨石,请不要问价值,我们不知道,请不要问我别人测试的数据,我们不知道别人所用标本是什么,请不要问哪里有买家,因为我们不参与交易,纯属第三方鉴定,与交易无关,体现客观公正,关
为什么国外陨石猎人羡慕中国陨石猎人看了就知道啦陨石是地外行星坠落地球的碎块,它们虽然仅为地外岩石,但因其有很高的研究价值收藏价值,让它们成为了上至国家科研下至民众收藏争相获取的珍贵物品。获取陨石的方法,除了偶然的目击,大部分得
中国最早发现以及记载的陨石(不看不知道)如有侵权请联系作者删除中历收藏品鉴定中心鉴定陨石严格按照国家以及国际陨石数据库标准进行评判,对鉴定陨石结果负法律责任,不参与交易保证公平公正,客观实事求是的心态。吉林1号陨石中国发
中国科学院广州分院机关招聘工作人员启事中国科学院广州分院因事业发展和工作需要,面向中国科学院广州分院系统研究所招聘工作人员。一招聘岗位(一)办公室主任1名(二)科技合作处处长1名。二招聘人员范围中国科学院广州分院系统研
中国科学院广州能源研究所与广东省能源集团有限公司签订战略合作协议8月19日下午,中国科学院广州能源研究所与广东省能源集团有限公司战略合作协议签约仪式在广州举行。中国工程院院士广州能源所研究员陈勇,广东能源集团党委书记董事长李灼贤,总经理黄镇海,
马子川陨石被人捡了为何被人又抛弃马子川陨石是2016年9月16日降落于延安的目击陨石,据国际陨石数据库对此陨石的介绍当天15时许,当地多个村庄的居民听到飞机般的噪音,随后又响起三声巨响。马子川的一名妇女目睹了一股
寻陨者不遇松下问童子言师采药去只在此山中云深不知处简易修改脚下踩石头弯腰捡回家不知为何物云里雾里猜这些年很多人问,刘老师帮我看看是不是陨石。又问刘老师我这像陨石吗?刘老师,你看我这像月球陨石
捡陨石谁才是获利者不同于以往的古玩收藏品,除了传承唯有通过市场收藏,陨石的收藏途径很多,除了市场收藏外,陨石还可通过有目的地野外寻找也有机缘巧合在野外不小心发现到陨石,更有陨石直接从天上掉到眼前的等
如何把陨石与矿石区分开来非本人原创如有侵权请联系作者删除,中历鉴定陨石对鉴定结果负法律责任想当一名资深陨石爱好者或陨石收藏家,你可以不会分析各种陨石微量元素,不会非常专业的鉴别,不会徒手凭眼力就能辨别出陨
如何挑选陨石鉴定机构科学认定陨石是目前国际认可的方式,也是海内外买卖双方共同认可的模式,所谓眼学,只不过是通过外观自己的判断,如果一颗陨石陨落地球几百年几千年,陨石含有大量的铁,在自然风化中陨石失去了