基本概念
代謝物：所有分子量小於1500Da的小分子物質，包括糖類、核苷、有機酸、酮類化合物、多肽、氨基酸、有機胺類、醛類化合物、脂質、萜類、類固醇、生物鹼、小分子葯物等等。
代謝組：一個細胞、組織、器官中所有代謝物的集合。
代謝組學：利用高通量的技術來鑒定和定量一個細胞、組織或器官中所有小分子或代謝物的生命科學研究。
代謝組學分類與應用
| 非靶向代謝組學 | 靶向代謝組學 | |
|---|---|---|
| 研究目的 | 無偏向性的對所有小分子代謝物同時進行檢測分析 | 對指定列表的代謝產物的分子，特別針對一種或幾種途徑的代謝產物 |
| 優點 | 無偏向性，高通量，樣本無序特出處理且一次進樣分析 | 靈敏度高，完全定量，可得到樣本中代謝物的濃度 |
| 缺點 | 需要進行復雜的生物信息學分析；只能獲得半定量的結果 | 需要購買標准品，進行分析方法的開發、驗證，研究成本高 |
| 分析平台 | NMR、LC-MS、GC-MS等 | HPLC、GC、LC-MS、GC-MS等 |
| 分析技術 | 靈敏度mol | 優勢 | 缺點 |
|---|---|---|---|
| 核磁共振NMR | 10-6 | 無創檢測，樣品需求量大；特異性高、分辨率高，能夠對代謝物同時完成定性和定量分析 | 動態范圍有限，靈敏度較低，硬件投資較大 |
| 液質聯用LC-MS | 10-15 | 靈敏度、分辨率高，可以分析不穩定、不易衍生化、難揮發和分子量較大的代謝物 | 數據庫不健全，可鑒定的化合物有限 |
| 氣質聯用GC-MS | 10-12 | 分辨率、選擇性好，數據庫較多 | 樣品處理過程較為繁瑣，難揮發性物種或半揮發性物種需要衍生化后才能進行分析 |
代謝組學應用：
- 遺傳疾病分析
- 營養成分分析
- 臨床樣品分析
- 耐葯性分析
- 移植監測
- 毒理學測試
- 發酵過程檢測
- 葯物分型
- 水質分析
- 石油化學品分析
代謝組學研究意義與優勢
- 代謝組的時間響應在所有組學中最快。
- 代謝組的結果易於理解，容易與表型和功能結合。
代謝組學分析流程
- 樣本收集
- 數據采集（NMR/LC-MS/GC-MS獲取譜圖數據）
- 譜圖——峰表（譜圖處理得到特征矩陣）
- 代謝物定性（譜圖數據庫與數據集峰位置、相關模式、相對強度等特征相匹配）
- 差異離子篩選（單變量分析、非監督/監督多變量分析、多元分析、分類模型、候選標志物）
- 功能分析（Pathway分析、富集分析、相關性網絡分析（高斯模型和拓撲結構））
代謝組學常見名詞
- m/z
- TIC：總離子流色譜圖（Total ion chromatogram），總離子流隨時間變化的圖譜。在TIC中，縱坐標表示收集存儲離子的電流總強度，橫坐標表示離子的生成時間或連續掃描的掃描次數。
PS：TIC是在GC-MS或LC-MS等方法中使用的一種色譜圖。質量分析器在可能出現的質荷比范圍內以固定時間間隔重復地掃描，檢測系統就可連續不斷的得到變化着的質譜信號。計算機一邊收集存儲，一邊將每次掃描的離子流求和，獲得總離子流。
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EIC：提取離子色譜圖（Extracted Ion Chromatogram），就是從TIC中提取的某個離子的色譜圖。
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一級質譜/二級質譜圖