代謝組學
2020-09-24


代謝組學(metabonomics)是20世紀90年代中后期繼基因組學和蛋白質組學之后發展起來的一門新興學科,是系統生物學的重要組成部分,近年來得到了迅速發展并滲透到多個領域。

細胞內許多生命活動是發生在代謝物層面的,如細胞信號釋放,能量傳遞,細胞間通信等都是受代謝物調控的。

代謝組學正是研究代謝組(metabolome)在某一時刻細胞內所有代謝物的集合的一門學科。

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代謝組學

代謝組學發表的文獻數1998-2020,數據來源NCBI

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代謝組學的優勢

1、小分子的產生和代謝是生物機體作用的最終結果,生物體液的代謝產物分析能夠更直接,更準確的反映生物體的生理病理狀態。

2、基因和蛋白表達在功能水平上的微小變化會在代謝物上得到放大,從而使檢測更容易。

3、許多基因和蛋白的非功能性變化不會在代謝物上反映出來,從而起到了上游信息向下游傳遞過程中“噪音過濾”的效果。

4、代謝物的種類少,要遠小于基因和蛋白質的數據,物質的分子結構要簡單得多。

5、代謝組學的代謝物信息庫簡單,但它遠沒有全基因組測序及大量表達序列標簽的數據庫那么復雜。

6、常見代謝產物在各個生物體系(如植物的初級代謝、微生物、動物)中都是類似的,所以代謝組學研究中采用的技術更容易在各個領域中通用,也更容易被人接受。

7、對機體損傷小,所得到的信息量大,相對于基因組學和蛋白質組學檢測更加容易。

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代謝組學的研究目的

代謝組學主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產物的分子量低于1500的小分子代謝物。通過檢測一系列樣品的譜圖,再結合化學模式識別方法,對生物系統內所有或某些代謝物進行定性或定量分析,可以判斷出生物體的病理生理狀態、基因的功能、藥物的毒性和藥效等,并有可能找出與之相關的生物標志物(biomarker)。

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代謝組學檢測的平臺

不同的質譜平臺靈敏度及偏向性都不一樣,而且不同平臺之間具有互補性。

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NMR(核磁共振)

最大的優勢是對樣品無破壞性,測定無偏向性,既適用于血液、尿液體液等液體樣品,也適用于組織和器官等固體樣品,并且測定速度快,可實現樣品代謝組的動態監測,缺點主要是分辨率較低,動態范圍有限。

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GC-MS(氣質聯用儀)

GC-MS是代謝組學研究的經典技術,具有技術成熟穩定、分辨率高等特點,同時,由于具有相對完善的數據庫,使得定性也更為準確,缺點則主要表現在樣品處理復雜,并且對于不易衍生化的物質定性和定量較困難,影響了該技術在更大范圍內的應用。

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LC-MS(液質聯用儀)

主要表現在樣品制備和前處理簡單、實驗重復性好,分辨率高,分離和分析范圍廣,無需衍生化等,缺點則主要表現在數據庫完善程度不夠,定性相對困難。

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代謝組學檢測的樣本類型

代謝組學的樣品多種多樣,如血漿或血清、尿液、唾液、細胞、動植物組織、真菌、膽汁酸、微生物、腦脊液、淋巴液、土壤、糞便及腸道菌群等生物樣本。




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