2020-09-09
轉錄組、蛋白組和代謝組，在這三大組學中，代謝組被認為是難度最大的組學。因為代謝物種類多，組成復雜，涉及到的儀器平臺多，分析方法難，數據庫多，標準品庫不全面等，這些原因都導致了代謝組學研究入門比較難。
今天小編帶領大家，只需花3分鐘，通過10問10答，帶你輕松入門代謝組。
1、什么是代謝組學？為什么研究代謝組學？
代謝組學是研究生命體受到病理生理刺激或基因環境擾動后，糖類、脂質、核苷酸和氨基酸等內源性小分子代謝物種類和數量的變化。相比于其他組學，代謝組學反映生命體已經發生的生物學事件，因此能夠更準確直接地反映生命體終端和表型信息。
2、代謝組研究主要使用的儀器平臺有哪些 ？
目前代謝組學研究主要使用核磁共振技術（NMR）、氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）、液相色譜-質譜聯用技術（LC-MS）、毛細管電泳-質譜聯用技術（CE-MS）等。由于代謝物種類多，濃度差異大，往往更適合使用高分辨率、高靈敏度、高通量的質譜檢測平臺。一般可根據檢測代謝物的類型和理化性質，選擇不同的電離模式和質量分析器，從最大限度的獲取代謝物信息。
3、什么是一級質譜和二級質譜？
在LC-MS代謝組學研究時，往往需要配備串聯質譜（MS-MS），通過一級質譜（MS）獲得準分子離子，分子離子可獲得精確的分子量用于推斷化合物的分子式，但用于結構推斷和比對還不夠，需要進一步對分子離子進行碎裂獲得其碎片信息，即二級質譜（MS/MS）信息，可增加物質結構推斷的準確性。GC-MS一級質譜可以進行定性分析（因為GC-MS有成熟的標準圖譜數據庫，可直接將檢測到的物質離子的譜圖數據與數據庫比對進行定性）
4、質譜檢測模式有正離子掃描模式和負離子掃描模式？
正、負離子模式是質譜的兩種掃描模式，樣本在ESI源離子化之后，會同時出現帶正電荷（M+H、M+NH4、M+Na等）和負電荷（M-H、M+Cl、M+CH3COO等）的離子，根據物質的理化性質的差異，有些代謝物會帶上正電荷有些會帶負電荷。一般情況下，為了獲取全面的代謝組信息，LC-MS非靶向代謝組研究兩種狀態的離子都會進行掃描。
5、代謝組學的研究流程一般包括哪些？
代謝組學的研究一般包括以下環節：
和基因組的DNA，轉錄組的RNA和蛋白組的蛋白質相比，代謝組的代謝物在提取后，沒有一個合適的定量檢測和質控標準，往往更多依賴于項目經驗取足量的原始樣本進行代謝物提取后的上機，避免取樣量過少，代謝物檢測到的數目較少，或者取樣量過多，導致儀器過載。
6、代謝物的鑒定原理和方法是什么？
根據串聯質譜得到的二級質譜圖和數據庫的質譜圖進行匹配的原理進行代謝物的鑒定。目前常見的GC-MS非靶數據庫有NIST，GMD，weily等，常見的LC-MS非靶數據庫有HMDB、 Metlin、 MassBank、MzCloud、Lipidmaps、公司自建庫等。
7、代謝組學研究的最大難點是什么？
代謝組學研究最大的難點是代謝物的鑒定，前面說到，代謝物的鑒定主要是根據實際得到的二級譜圖和數據庫中的譜圖進行比對，根據其匹配程度決定鑒定結果。因此，數據庫中物質的覆蓋范圍很大程度影響了代謝組學研究的發展；其次由于：
①、同一個代謝物在不同儀器平臺（例如waters平臺，thermo平臺，AB平臺等）上獲得的二級圖譜是不同的；
②、同一個儀器平臺上，不同分析條件下獲得的圖譜也是不同的；
③、在不同濃度、甚至不同時間下，同一個物質打出的圖譜也會有所差別；
④、不同的匹配算法導致的鑒定結果也不同。
因此，代謝物的鑒定一直以來都是研究代謝組學的最大難點。
8、代謝組學分析流程有兩大流派？
目前代謝組學分析包括兩種截然不同的學術流派①化學計量學方法、②定向輪廓分析：
①、化學計量學方法，先鑒定后差異是指先進行代謝物的鑒定，得知樣本中包含哪些代謝物，然后基于鑒定到的代謝物進行差異分析。
②、定向輪廓分析，先差異后鑒定是指先根據質譜得到的峰進行差異比較，然后對差異的峰進行代謝物的鑒定。
現在的代謝組學研究中，這兩種方法都是有文獻支持和認可的。
9、代謝組學生物學重復如何設計？
由于代謝組處于所有組學的最下游，個體間的差異較大，對于生物學重復的數目要求會比轉錄組、蛋白組的其他組學要求更多。
一般來說，植物、細胞、微生物等最少6個生物學重復；
動物樣本，由于其個體化差異較大，包括組織、血、尿液等至少10個生物學重復；
臨床樣本，個體差異更大，血漿、尿液等要在30個生物學重復左右，無上限。具體可根據目標期刊檔次和要求來定。
10、進行代謝組學研究是否可以分批次送樣分批次上機？
一般情況下，非常不建議分批次上機。同一實驗最好是一起上機檢測，否則不同時期，實驗操作、儀器狀態等的不同都會對結果產生很大的批次效應，導致樣本的檢測結果和真實結果發生較大偏差。
以上就是今天的代謝組入門基礎知識點總結，更多代謝組相關資料請繼續關注派森諾生物公眾號，做科研，我們是認真的~
參考文獻：
1.Nicholson J K, Connelly J, Lin/oa J C, Holmes E. Nat. Rev. Drug Discov. , 2002, 1(2)：153-161.
2.Fiehn O, Koyka J, Dorman/ P, Altmann T, TretUewev R N, Whlniitzer L. Nat. AiotecOnol. , 2000, 13((1) : 1157 -1151.
3.Dettmer K, Aroaov P A, Hammoch B D. Masc Spectrom,. Rev. , 2207, 22(1) : 51 -77.
4.L, Lu H T, Lee Y H. Masc Spectrom. Rev. , 2018, 37(6) : 772 -772.
5.徐天潤, 劉心昱, 許國旺. 基于液相色譜-質譜聯用技術的代謝組學分析方法研究進展[J]. 分析測試學報, 2020, 039(001):10-18.
6.王超, 涂文志, 王穆,等. 代謝組學分析技術及代謝物鑒定[J]. 國際藥學研究雜志, 2010, 37(5):355-360.
7.Madsen R, Lundstedt T, Trygg J. Chemometrics in metabolomics--a review in human disease diagnosis. Anal Chim Acta. 2010;659(1-2):23-33. doi:10.1016/j.aca.2009.11.042
8.Weljie A M , Newton J , Mercier P , et al. Targeted Profiling: Quantitative Analysis of 1 H NMR Metabolomics Data[J]. Analytical Chemistry, 2006, 78(13):4430-4442.
