代谢组学研究涉及的专业知识

1.代谢组学的研究方法

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。

2.代谢组学分析的方法和特点是什么

在进行代谢组学分析时,应充分考虑所选方法的特点和局限性。

例如,如果所采用的方法不包括有效的代谢淬灭步骤,那么就不适合于不稳定代谢物的鉴定,因为这些物质很容易受到样本中残留酶的影响。如果样本量非常珍贵和有限,可以通过SPME或DBS技术,在以简便处理样品的同时,很大限度地减少分析所需的样品量,并缩短样品的制备程序。

此外,由于在代谢组学研究中通常不使用分馏法,这与蛋白质组学不同,蛋白质组学的样品复杂程度很高,通过需要进行分馏分处理。然而,最近的一项研究表明,在液相色谱-质谱分析之前,使用效率高的液相色谱分离后进行化学衍生以增加疏水性,显著提高了尿液中代谢物的覆盖率。

这个例子显示了预分馏技术的潜在效用,相信这种方法在将来可能变得更加普遍,适用性更强。

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