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15 代謝組學(xué)(Metabonomics or Metabolomics) 是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后發(fā)展起來的新興的組學(xué)技術(shù)，是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近些年來代謝組學(xué)的研究越來越活躍，美國國家健康研究所(NIH)將代謝組學(xué)的發(fā)展規(guī)劃納入了國家生物技術(shù)發(fā)展的路線圖計(jì)劃中，許多國家的科研單位也先后開展了代謝組學(xué)的研究工作。然鵝，代謝組學(xué)畢竟興起的時間短，老師們對其還不甚了解，小編就收到了許多老師的關(guān)于代謝組學(xué)方面的疑問，小編在這里將這些問題進(jìn)行了整理， 希望能對各位老師有所幫助。話不多說， 讓我們進(jìn)入正題吧！ 什么情況下選擇代謝組學(xué)？ 首先代謝組學(xué)是通過考察生物體系在一特定生理時期內(nèi)受到刺激或擾動前后所有小分子代謝物的組成及其含量變化，從而表征生物體系的整體代謝特征。其研究對象是分子量1000Da以下的小分子物質(zhì)，如糖、有機(jī)酸、脂質(zhì)、維生素、氨基酸、芳香烴之類的化合物。如果老師關(guān)注的是小分子物質(zhì)，可以采用代謝組學(xué)的方法對樣品內(nèi)檢測到的小分子物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。其次，研究代謝物的表達(dá)量變化，代謝物與生理病理變化的關(guān)系，能夠幫助尋找新的生物標(biāo)記物，發(fā)現(xiàn)新的代謝途徑，以及更進(jìn)一步深入了解目前已知的代謝途徑，應(yīng)用于疾病的早期診斷、藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、疾病的機(jī)理研究及疾病診斷等方面。 代謝組學(xué)我該選擇什么平臺？ 代謝組學(xué)的技術(shù)平臺主要分為NMR、GC-MS、LC-MS。
優(yōu)點(diǎn)： （1）無損的多參數(shù)和動態(tài)監(jiān)測技術(shù)； （2）樣品需求量小，前處理比較簡單，對于復(fù)雜的生物樣本比較合適； （3）檢測時間短，保證樣品在檢測時間內(nèi)維持原有性質(zhì)； （4）豐富的分子結(jié)構(gòu)和動力學(xué)信息； （5）同時完成定性定量分析，數(shù)據(jù)后處理簡單靈活； （6）檢測物質(zhì)沒有偏向性。 缺點(diǎn)： （1）靈敏度低，500HZ的檢測限理論為10uM； （2）檢測動態(tài)范圍有限，很難同時檢測一個樣品中含量相差很大的物質(zhì)。 （3）檢測的化合物數(shù)量有限。
優(yōu)點(diǎn)： （1）重現(xiàn)性好，技術(shù)成熟； （2）分辨率和靈敏度高； （3）有成熟的商業(yè)數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)定性可靠。 缺點(diǎn)： （1）樣品處理過程繁瑣； （2）檢測物質(zhì)有偏向性，主要分析揮發(fā)性物質(zhì)和可衍生化的具活性氫基團(tuán)物質(zhì)。
優(yōu)點(diǎn)： （1）分析范圍廣，分離能力強(qiáng)，靈敏度和分辨率高于其他平臺； （2）樣本前處理簡單，重現(xiàn)性好； （3）檢測物質(zhì)沒有偏向性，可以分析不穩(wěn)定、不易衍生化、難揮發(fā)和分子量大的代謝物，可對極性化合物有較好的檢測。 缺點(diǎn)： （1）沒有成熟的商業(yè)數(shù)據(jù)庫， 可鑒定的化合物有限。 GC-MS和LC-MS技術(shù)結(jié)合了色譜良好的分離能力和質(zhì)譜的普適性、高靈敏度以及專一性， 是目前做代謝組學(xué)常用的技術(shù)平臺。 但是目前為止沒有任何一個檢測平臺能夠同時檢測樣本中所有的化合物，只能通過選擇性的提取結(jié)合各檢測平臺的并行檢測來解決。因此在選擇平臺時應(yīng)結(jié)合自身樣本情況與個體需求，綜合考慮。 做代謝組學(xué)選取什么類型的樣本？ 樣本如何處理？ 一般而言，代謝組學(xué)樣本的類型多種多樣，常見的有以下幾大類：血清、血漿、尿液、糞便、細(xì)胞、細(xì)菌、組織、培養(yǎng)液、植物的花、莖、葉等。老師們可根據(jù)自己的研究目的選取合適的樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 代謝研究的樣本處理和采集要遵循“保持最鮮活狀態(tài)”的原則，采集樣本后立即通過置于液氮、干冰或者-80°C冰箱中，阻止樣本離體后的進(jìn)一步代謝活動， 并保證樣本在實(shí)驗(yàn)前一直處于-80°C以下。 代謝組學(xué)的結(jié)果包含哪些內(nèi)容？ 結(jié)果包含的內(nèi)容與項(xiàng)目的協(xié)議有關(guān)。目前我們提供的代謝組學(xué)服務(wù)有全物質(zhì)鑒定，非靶向代謝組學(xué)和靶向代謝組學(xué)服務(wù)。 全物質(zhì)鑒定服務(wù)，即檢測樣本中有哪些代謝物，結(jié)果我們只能提供一份定性物質(zhì)列表的信息。 非靶向代謝組學(xué)服務(wù)，即普篩或者盲篩，目的在于篩選出兩組樣本間的差異代謝物，結(jié)果我們會提供一份數(shù)據(jù)矩陣，多元統(tǒng)計(jì)分析（PCA、PLS-DA、OPLS-DA），差異代謝物列表，高級分析（差異代謝物層次聚類分析和通路注釋、富集分析）。需要注意的是LC-MS非靶向代謝組學(xué)分析無法得到全物質(zhì)鑒定的信息。 GC-MS非靶向代謝組學(xué)如果需要全物質(zhì)鑒定的信息需提前和技術(shù)溝通。 靶向代謝組學(xué)服務(wù)，即已經(jīng)有關(guān)注的物質(zhì)，檢測樣本中關(guān)注物質(zhì)的準(zhǔn)確含量，結(jié)果我們會提供關(guān)注的物質(zhì)在各樣本中的準(zhǔn)確含量及相應(yīng)標(biāo)品建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線信息。 開展代謝組學(xué)研究，如何設(shè)計(jì)樣本的生物學(xué)重復(fù)？ 代謝物處于生命活動的下游，相較于基因和蛋白，其動態(tài)波動性大。因此需要很多生物學(xué)重復(fù)來增加數(shù)據(jù)的可靠性和說服力。 對于全物質(zhì)鑒定的項(xiàng)目：一般情況下是可以不設(shè)置生物學(xué)重復(fù)，也可以設(shè)置生物學(xué)重復(fù)，沒有特別的規(guī)定，老師可根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行設(shè)置。 非靶向代謝組學(xué)項(xiàng)目：是必須要設(shè)置生物學(xué)重復(fù)的。通常情況下細(xì)胞/微生物樣本每組至少6個生物學(xué)重復(fù)，模式動物/植物樣本每組至少10個生物學(xué)重復(fù)，臨床樣本每組至少30個生物學(xué)重復(fù)。樣本重復(fù)數(shù)量強(qiáng)烈建議大于6個，樣本數(shù)量過少，后續(xù)多元統(tǒng)計(jì)分析模型容易過擬合，統(tǒng)計(jì)結(jié)果不可靠，會遭受質(zhì)疑。 靶向代謝組學(xué)項(xiàng)目：一般是用于驗(yàn)證的，所以生物學(xué)重復(fù)的個數(shù)越多最終的結(jié)果是越可靠的。 一般情況下，靶向代謝組學(xué)每組至少3個生物學(xué)重復(fù)，少于3個生物學(xué)重復(fù)結(jié)果是不可靠的。 同一個實(shí)驗(yàn)的樣品可不可以分成兩批檢測？ 建議最好不要分成兩批檢測，因?yàn)檫@兩個時間點(diǎn)儀器的響應(yīng)是會發(fā)生變化，這樣可能導(dǎo)致的問題是一些含量低的物質(zhì)可能只在一個批次里被檢出，這樣導(dǎo)致最終的結(jié)果不可靠，我們應(yīng)當(dāng)盡可能的減少人為因素以及儀器對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。 每組樣本的生物學(xué)重復(fù)個數(shù)一定要一致嗎？ 每組樣本的生物學(xué)重復(fù)的個數(shù)不一致也是可以的，但最好相差不要太多，差別不要超過2/3就可以了。相比較而言，每組生物學(xué)重復(fù)的數(shù)量足夠多是更為重要的。 代謝組學(xué)如何定性的，用的什么數(shù)據(jù)庫？ LC-MS 定性是根據(jù)檢測到的離子質(zhì)量數(shù)計(jì)算加荷模式，比對數(shù)據(jù)庫中的物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)。 GC-MS定性低根據(jù)檢測到物質(zhì)定性離子的譜圖數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中物質(zhì)的譜圖進(jìn)行比對的。 目前代謝組學(xué)的數(shù)據(jù)庫是不區(qū)分物種的，LC-MS 常用的數(shù)據(jù)庫是Metlin、HMDB以及部分自建庫。GC-MS 常用的數(shù)據(jù)庫是Fiehn、NIST以及部分自建庫。對于脂質(zhì)組學(xué)項(xiàng)目我們除了使用常用的lipid maps之外， 還用了Q-Exactive 自帶的lipid search 數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中有150萬種譜峰信息，使定性結(jié)果更全面、更準(zhǔn)確。 |
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