什麽是代謝組學?

代謝是生★物體內所有生化反應的總成,是生命體維持生命的物質基礎,也是研究生△命活動的重要基礎。代謝組學是研究生命在內、外環境影響下的內源代謝活動,包括對代謝產物種類、數量及其變化規律的檢測和分析,從而研究集體生命活動發生和發展的本質。與其他組學相比,代謝組學具有多種優勢:

1、代謝物的種類、數量變化易於檢測;

2、相比於基因組學和蛋白組學,技術手段更為簡單;

3、與基因組學和的蛋◇白組學相比,代謝物數量少,易於檢測、驗證和分析;

4、代謝水平變化可實時揭示機體生理病理狀態。

靶向與非靶向代謝組學解析

圖 代謝組學和其他組學的關系

代謝組學分類

代謝組學根據研究目的的不同,可進一步分為非靶☆向和靶向代謝組學。非靶向代謝組學是對有機體內♂源性代謝物的全面、系統的分析,是一種無偏向的Ψ 代謝組學分析,可以發♂現新的生物標記物。靶向代謝組學是針對特定一類代謝物的研究分析。二者各有優缺點,經常結合使用,用於差異开张第一天代謝產物的發現和精準定量,對後續代謝分子標誌物進行深入的研究和分析,這∞在食品鑒定、疾病研究、動物模型驗證、生物標誌物發現、疾病診斷、藥物研發、藥物篩選、藥物評估、臨床研究、植物代謝研究、微生物代謝研究中發揮重ζ 要作用。

靶向與非靶向代謝組學解析

圖  非靶向和靶向代謝組學結合使用

非靶向代謝組學

非靶向代謝組學是在背景知識有限的基礎上,對整個生命體代謝組進行的系統、全面的鑒定分析,獲取大量代謝物數據,從中發現差異代謝物。非靶向代謝組◥學主要包含以下流程:

1. 樣本采集與處理

常見的代謝組學分析樣本包括血漿、尿液、組織、細胞、細胞器等。足夠大的樣本量可以減少ㄨ樣本個體∏差異造☉成的誤差。這些復雜樣本中含有很多其他成分,可能對結果產生幹擾,是影響代謝組學研究是否成功的關鍵因素。常用的樣本處理方法包括蛋白質沈澱,差速離心和萃取(固相萃取、液液萃取、超臨界流體萃取、加速溶劑萃取)等。

2. 實驗分析

代謝組學常常需要運用多種任凭那鲜血顺着剑锋分析技術手段來滿足不同的實驗需求▓。常見的代謝組學分析技術包括核№磁共振(NMR)、液相色譜-質譜聯用(LC-MS)、氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)、毛細〇管電泳-質譜聯用(CD-MS)等。高分辨質譜技術主要有TOF-MS、FTICR-MS、Orbitrap-MS、Sector-MS等。

3. 數據分析

數據№預處理:利用 XCMS、MZmine 和MarkerView 等工具進行原始數这块石头據處理。

鑒定差異代謝物:常用的分卐析方法包括主成分分析(PCA)、偏最小二乘判別分析( PLS-DA)、正交偏最小二乘判別分析(OPLS-DA)等。數據分析①結果還需要經過t檢驗和變量權重重要性排序( variable importance in projection, VIP)值篩選差異性代謝產物。一般認為,同時滿足P<0.05,VIP>1.0 的變量為差異代謝物。

代謝通路分♀析:常見的代謝組學通路數據庫包括 HMDB、KEGG、Reactome、BioCyc、MetaCyc 等數據庫,可以利用這些數據庫進行代謝通路这份资料调查显然是比较浅显和互作網絡分析。

多組學分析:多組學分析已經是組學發現不可避免的趨勢了。可用的數據庫和工具包括IMPaLA網站、iPEAP 軟件、MetaboAnalyst網站、SAMNetWeb網站、pwOMICS、MetaMapR、MetScape、Grinn、WGCNA、MixOmic、DiffCorr、qpgraph、huge等。

靶向代謝組學

靶向代謝組學相對於非靶向代謝組學更有針對性,將關註點放在了幾個或者幾類與生物學事件相關的代謝物上,比如↑脂質組學、糖組學。

1、樣本∮采集和處理

靶向代謝組學根據靶向組學關註的對象,針對性的「采集樣本。比如進行脂質組學◥時,選用對脂質而你居然就利用了这个思想误区有較好溶解能力的溶劑。靶向代謝物的定量是基於在標準品的定量標準曲線【上的,所以需要準備優質的標準品。

2、實驗分析

在靶向方法中,天然和同位素標記的標準品促進了代謝≡產物的鑒定和定量,減少了假◣陽性現象。定量代謝組學可』用於在組織或生物體中建立代謝物基線水平,用於實驗室間比較,或用√於定義代謝正常與“擾動”狀態。使用@ 同位素標記的內標(IS)也可以幫助解釋影響分析精度的基質誘導的電離效應,從而提高生物反應檢測試驗的靈敏度。

3、數據分析

由於靶向代謝組學關註有限種類的代謝物,所以數據分析比非其实我不是老板靶向代謝組學更為簡單和直接。使用的方法和數據庫和非●靶向代謝組學相似,但卐是對於某類代謝組,有々特定的數據庫,如針對糖類和脂質組的LipidMaps和LipidBank等數據庫。

圖  靶向代謝組學分析流程

由於兩種代謝組學方法各ξ有優缺點,非靶向代謝組學無偏差,全面系統反應生命體代謝組特征,但是重復性較差且線性範圍有限;而靶向代謝組學的重復性和敏感性有顯著提高,代謝物確證簡單,線性範圍寬,但是需要有預先的知識背景,是一種有偏向的代謝」組分析方法。因此在實際應而且是当初自己刀口下用中,兩者常毕竟常結合使用,共同發揮作用。