代謝組學(xué)的研究方法和研究流程最新版本

1、.,代謝組學(xué)的研究方法和研究流程,生物化學(xué)與分子生物學(xué) 林 兵,.,.,主 要 內(nèi) 容,定義 概述 特點 研究方法 研究流程,.,定 義,代謝組學(xué)（metabonomics）是指通過組群指標(biāo)分析，進(jìn)行高通量檢測和數(shù)據(jù)處理，研究生物體整體或組織細(xì)胞系統(tǒng)的動態(tài)代謝變化，特別是對內(nèi)源代謝、遺傳變異、環(huán)境變化乃至各種物質(zhì)進(jìn)入代謝系統(tǒng)的特征和影響的學(xué)科。,.,概 述,代謝組學(xué)是效仿基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想，對生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系的研究方式，是系統(tǒng)生物學(xué)的組成部分。 其研究對象大都是相對分子質(zhì)量1000以內(nèi)的小分子物質(zhì)。 先進(jìn)分析檢測技術(shù)結(jié)合模式識別和

2、專家系統(tǒng)等計算分析方法是代謝組學(xué)研究的基本方法。 其樣品主要是動植物的細(xì)胞和組織的提取液。 主要技術(shù)手段是核磁共振（NMR）、質(zhì)譜（MS）、色譜（HPLC，GC），其中以NMR為主,.,特 點,關(guān)注內(nèi)源化合物 對生物體系的小分子化合物進(jìn)行定量定性研究 上述化合物的上調(diào)和下調(diào)指示了與疾病、毒性、基因修飾或環(huán)境因子的影響 上述內(nèi)源性化合物的知識可以被用于疾病的診斷和藥物篩選。,.,代謝組學(xué)的研究方法,2020/7/9,.,真正意義的代謝組學(xué)研究。預(yù)處理和檢測技術(shù)需滿足高靈敏度、高選擇性和高通量的要求。需要對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。,代謝產(chǎn)物分析4個層次,代謝物靶標(biāo)分析。對個別特定組分分析。 代謝輪廓分

3、析。對預(yù)設(shè)組分的分析。 代謝組學(xué)。特定樣品中所有代謝物分析。 代謝指紋分析。比較代謝物指紋圖譜。,.,目前最常用的分離分析手段是： 氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用(GCMS) 液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用(LCMS) 毛細(xì)管電泳與質(zhì)譜聯(lián)用(CEMS) 核磁共振(NMR),.,GC-MS,.,氣相色譜原理:氣相色譜的流動向為惰性氣體，氣-固色譜法中以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。當(dāng)多組分的混合樣品進(jìn)入色譜柱后，由于吸附劑對每個組分的吸附力不同，經(jīng)過一定時間后，各組分在色譜柱中的運行速度也就不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進(jìn)入檢測器，而吸附力最強(qiáng)的組分最不容易被解吸下來，因此最后離開色譜柱

4、。如此，各組分得以在色譜柱中彼此分離，順序進(jìn)入檢測器中被檢測、記錄下來。,.,質(zhì)譜原理:質(zhì)譜分析是一種測量離子荷質(zhì)比（電荷-質(zhì)量比）的分析方法，其基本原理 是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶正電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。,.,GC-MS的基本流路圖,GC,接口,MS,數(shù)據(jù)處理,真空系統(tǒng),.,GC-MS聯(lián)用儀器,.,優(yōu)點：集色譜法的高分離能力和質(zhì)譜法的結(jié)構(gòu)鑒定能力于一體 ， 靈敏度高，可檢測到大量低含量的小分子代謝產(chǎn)物。 缺點：無法分析熱不穩(wěn)定性的物

5、質(zhì)和分子量較大的代謝產(chǎn)物。,.,NMR,.,核磁共振基本原理：當(dāng)以射頻照射外磁場中的自旋核，且射頻的能量正好等于核磁矩不同取向的能級差時，低能級的核將吸收射頻躍遷致高能態(tài) 核磁共振現(xiàn)象。,.,共振條件： (1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁場,能級裂分; (3)照射頻率與外磁場的比值0 / B0 = / (2 ),.,優(yōu)點：能夠?qū)悠穼崿F(xiàn)非破壞性、非選擇性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩爾范圍定量有機(jī)化合物的技術(shù)。 缺點：靈敏度相對較低, 不適合分析低濃度代謝物。,.,代謝組學(xué)的研究流程,代謝組學(xué)研究流程,.,代謝組學(xué)各分析流程技術(shù),樣品的提取,樣品預(yù)處理,自動進(jìn)樣,檢測及鑒定,化合物的分離,數(shù)據(jù)分析與可 視化，建模與 仿真,固相微萃取 固相萃取 親