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代谢组学研究方法

  代谢组学是众多组学的一种,是随着生命科学的发展而发展起来的。代谢组学是目前关注度颇高的组学,第一,大家普遍认可代谢物反映生物表型和状态;第二,代谢物认为是功能分子,信号分子,其慢慢和功能相挂钩;第三,肠道微生物等新兴研究热点的带动。通过上一节的曲线可以推测,代谢组学项目数量将慢慢赶上蛋白组学。

  从基本组成来说,基因/转录组=测4种核苷酸序列;蛋白组=20种氨基酸排列;代谢组=测氨基酸+碳水化合物+有机酸+脂类等等,每一个分类都有N种。

代谢组学研究方法

  从物质鉴定的数量来说,不同生物物种的代谢物数量多且差异较大。例如简单的拟南芥(Arabidopsis thaliana)能产生5000种以上的代谢物。小编作为代谢组学的分析人员,个人认为三大组学中,代谢组学是难度比较高的一个。一般包括样品的采集和制备、代谢组学数据采集、数据预处理、多变量数据分析、生物标志物识别和途径分析等。

  样品的采集和制备:

  代谢组学研究需要严格的实验设计,首先需要采集足够数量的代表性样本,减少生物样品个体差异对分析结果的影响。一般来说,动物模型>10例,临床样本>30例,细胞>6例,植物昆虫微生物样本等>6-8例。图2展示的不同样品类型在LC-MS检测过程中,推荐的最低样本量以及保存方式。

代谢组学研究方法

  在预处理及保存过程中,需要快速处理样品,比如血清血浆的收集需要在1h内完成,避免出现溶血现象。由于代谢组学一次分析很多样本且一般不可能在一天内采集完成,所以样品需要提前液氮速冻后,保存在-80℃条件下。同时,样本不建议反复冻融,例如粪便/肠道内容物中有非常多微生物,其代谢速度很快,反复冻融会对代谢水平有很大影响。

  代谢组学分析平台:

  完成样本的采集和预处理之后,代谢产物需要通过合适的方法进行测定。代谢组学的研究中一般有色谱、质谱、NMR、毛细管电泳和红外光谱等分离方法,其中色谱-质谱联用(LC-MS和GC-MS)的方法兼具有色谱的高分析度,质谱的高灵敏度,应用范围较广;NMR例如1H-NMR对含氢代谢产物进行检测,能够完成样品中大多数化合物的检测。图5展示的是三大分析技术在检测过程中的优缺点。

代谢组学研究方法

  因为LC-MS避免了GC-MS中繁杂的样品前处理,其较高的灵敏度和较宽的动态范围,已经被越来越多的用于代谢组学的研究,它非常适合生物样本中复杂代谢产物的检测。

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