代谢组学的研究方法?

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代谢组学的研究方法?

问:代谢组学的研究方法?

  • 答:代谢组学的研究方法与蛋白质组学的方法类似,通常有两种方法。一种方法称作代谢物指纹分析 (metabolomic fingerprinting),采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)的方法,比较不同血样中各自的代谢产物以确定其中所有的代谢产物。从本质上来说,代谢指纹分析涉及比较不同个体中代谢产物的质谱峰,最终了解不同化合物的结构,建立一套完备的识别这些不同化合物特征的分析方法。另一种方法是代谢轮廓分析(metabolomic profiling),研究人员假定了一条特定的代谢途径,并对此进行更深入的研究。
    对于代谢产物来说,不仅只有质谱峰这个特征。更进一步说,质谱(MS)并不能检测出所有的代谢产物,并不是因为质谱的灵敏度不够,而是由于质谱只能检测离子化的物质,但有些代谢产物在质谱仪中不能被离子化。采用核磁共振(NMR)的方法,可以弥补色谱的不足。剑桥大学的Jules Griffin博士,正在使用质谱与核磁共振结合的方法,试图建立机体中的完整代谢途径图谱。Griffin用核磁共振检测高丰度的代谢产物,由于核磁共振检测的灵敏度不高,所以只用于分析低丰度代谢产物。
    过去,只有毒理学方面的研究使用核磁共振,而质谱只在植物代谢研究中采用。如今,这两种方法在代谢组学研究中已经普遍使用。为在不同样品间进行有意义的比较,研究人员必须结合使用这两种方法获得的大量数据进行分析。此外,还需要结合基因组学研究获得的数据。
    Gary Siuzdak博士在美国克利普斯研究院(TSRI)从事生物信息学问题的研究,他设计了一个分析来自不同样品代谢产物变化的实验方案。研究人员可以通过生物信息学软件XEMS比较不同的数据,从而识别出代谢产物。软件提供了所有代谢产物的分子量数据,这些代谢产物浓度因不同的个体而变化。公众可以从网上免费获取这些数据。
    Siuzdak博士表示,他们正采用综合研究的方法进行代谢组学研究,试图检测出尽可能多的代谢产物,超越人们过去使用方法所能达到的目标。通过个体研究,希望能在一定程度上识别出与应激有关的新分子,这些应激物可能是一种疾病,一种敲除酶,或者是其他的物质。

问:做好代谢组学研究的关键在哪里?

  • 答:
    1. 首先明确代谢组学的核心任务。对小分子代谢物的定性、定量分析并发现差异代谢物:(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。而基于色谱/质谱联用的分离分析技术具有灵敏度高、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。

    2. 其次明确代谢组学的研究方法。对于非靶向代谢组学而言,色谱与高分辨质谱的联用必不可少;而对于靶向代谢组学而言,基于多反应监测(MRM)模式的三重四极杆质谱被认为是质谱定量的  “金标准”。近年来,拟靶向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,迅速发展成为代谢组学的主流研究方法。拟靶向代谢组学主要包括三个步骤:(1)基于四极杆飞行时间质谱的非靶向分析;(2)母离子/产物离子对的选择及检测参数优化;(3)使用三重四极杆或QTRAP质谱采用MRM模式(包括上述离子对)对样品进行分析。

    3. 关键点有哪些?代谢组学整个研究过程可以细分为20多个步骤,若每一步准确率为70%,最终结果的准确率不足0.1%,因此必须确保每一步(尤其是关键步骤)都规范、准确,才能保证研究结果准确、可靠。影响代谢组学研究质量的关键环节包括:(1)系统科学的研究方案;(2)样本收集、分组、储存、前处理、质量控制;(3)数据采集与质量控制;(4)数据处理、分析;(5)差异分子筛选与鉴定;(6)分类模型构建与验证;(7)数据库自建、管理与使用。这些环节受制因素较多,需要参考研究论文、技术规范、注意过程控制,采用专业的技术和工具支持才能获得高质量的研究结果。

    4. 为什么关键?围绕快速、有效地发现分子和标志物这一目的,精准和高通量正成为引领发展的方向。代谢组学研究需要满足生物医药、食品等行业的个性化分子智能识别需求,所以需要分子智能识别检测技术做支撑,需要自主知识产权的核心算法,才能保证专业化的组学、质谱数据处理、数据挖掘。

    5. 总结来说,在组学研究过程中,只有做好分子特征检测、差异分子筛选、差异分子鉴定、分类模型构建、数据库自建等关键步骤,才能得到最好的组学研究结果。

问:代谢组学发论文需要原始数据吗?

  • 答:代谢组学发论文需要原始数据。根据查询相关公开信息显示,代谢组学发论文需要对所写的论文的原始数据进行上传,需要附带在论文中。

问:代谢组学的发展前景?

  • 答:更好的“组学”?
    代谢组学是继基因组学、蛋白质组学、转录组学后出现的新兴“组学”,自1999年以来,每年发表的代谢组学研究的文章数量都在不断增加。从表面上看,代谢组学的发展很迅速,但是仍然远远落后于基因组学和蛋白质组学。“我们还在期待着重大发现”,Griffin博士解释说,在Nature上发表的那些文章,让人们对代谢组学充满了期待:寻找一种新的生物标记物,发现一条新的代谢途径,或更深入的了解目前已知的这些途径。
    尽管还没有经典论文出现,但是研究人员相信,与基因组学和蛋白质组学相比,代谢组学将在临床上发挥更大的作用。许多公司通过市场研究发现,健康人并不希望进行基因型分析,所以,对于这些人群来说,基因组学研究在临床上的应用很有限。而代谢组学与临床化学较为相似,且相对于基因组学来说,提供的个人信息更少,故其在临床上的应用有可能产生一定的影响。较低的费用,是促使代谢组学在临床上易于接受的另一个原因。Griffin博士指出,与其他“组学”研究相比,代谢组学的费用更低,研究人员可以通过代谢组学研究筛检出代谢产物,然后采用更昂贵的基因组学和蛋白质组学的方法对有意义的代谢产物进一步加以研究。首先,必须识别出代谢产物,这并不是简单的工作。Siuzak博士认为,代谢组学研究最大的挑战就在于对代谢产物的识别,这也是最有趣的方面,而更具挑战性的工作,是进一步确认所有代谢物的功能。此外,质谱分析发现,代谢产物的同质性不高,由于缺乏均匀性,使色谱分析变得更加困难,无法识别出样品中的未知物质。

问:如何看待代谢组学的前景?

  • 答:是不错的,但是代谢组本身还是一个发展中的新型学科,一些关键性技术还有待突破,如果你只想使用代谢组学而不去深入的研究它的话就应该没问题,如果想要进一步研究代谢组学方法就需要有相当的分析化学知识。现在世界前十的药厂都在使用代谢组学进行药学研究,所以它在里面的前景肯定是不会差的。随着技术的发展肯定会越来越好。
    代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科,是系统生物学的重要组成部分。之后得到迅速发展并渗透到多项领域,比如疾病诊断、医药研制开发、营养食品科学、毒理学、环境学,植物学等与人类健康护理密切相关的领域。
    与基因组学和蛋白质组学相比,代谢组学将在临床上发挥更大的作用。许多公司通过市场研究发现,健康人并不希望进行基因型分析,所以,对于这些人群来说,基因组学研究在临床上的应用很有限。而代谢组学与临床化学较为相似,且相对于基因组学来说,提供的个人信息更少,故其在临床上的应用有可能产生一定的影响。较低的费用,是促使代谢组学在临床上易于接受的另一个原因。Griffin博士指出,与其他“组学”研究相比,代谢组学的费用更低,研究人员可以通过代谢组学研究筛检出代谢产物,然后采用更昂贵的基因组学和蛋白质组学的方法对有意义的代谢产物进一步加以研究。首先,必须识别出代谢产物,这并不是简单的工作。Siuzak博士认为,代谢组学研究最大的挑战就在于对代谢产物的识别,这也是最有趣的方面,而更具挑战性的工作,是进一步确认所有代谢物的功能。此外,质谱分析发现,代谢产物的同质性不高,由于缺乏均匀性,使色谱分析变得更加困难,无法识别出样品中的未知物质。

问:如何看待代谢组学的前景?

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