代謝組學/分析方法
代謝組學是一個領域，其中發現特定的細胞代謝物對於該領域至關重要。如果沒有發現代謝物的工具和方法，就無法發現生物體特有的代謝物譜和細胞過程。發現代謝組的方法範圍從核磁共振等技術化學方法到統計分析。
Sumner 小組 參與植物代謝組學的研究。這是具有挑戰性的，因為存在 3 個主要限制。由於其化學多樣性，對代謝組進行分析很困難。基因組和蛋白質組的變異受基本成分（核苷酸和氨基酸）的限制，而代謝組則缺乏任何一致性。另一個問題是動態範圍，它涉及測量容差和靈敏度。第三個問題是分析和生物變異，它涉及測量和成分的偏差。Sumner 小組正在開發一種方法來透過將代謝物分成不同的組進行分析來解決這些問題。他們開發的分析技術用於研究植物病害，以及開發植物的計算模型生物。
術語
轉錄組 - 由單個細胞或整個生物體產生的所有轉錄本的集合 主成分分析 - 一種將資料分離成類別的統計技術 層次聚類 - 一種確定資料集之間關係或相似性的方法。GC/MS（氣相色譜質譜聯用） - 透過分離（GS）然後測量（MS）來分析大量代謝物的一種方法 HPLC（高效液相色譜） - 一種分離揮發性和非揮發性元素的技術。與 MS 聯用，它是分析大量代謝物的另一種方法。
相關性
該小組的研究著眼於代謝調節及其與植物疾病的關係。本課程著眼於代謝調節以及途徑中可能導致疾病的問題。更相關的領域是該小組在建立模型生物方面的努力。對生物體代謝調節的全面理解，取決於環境條件，與迄今為止課程中涵蓋的調節機制相關。
本文的主要目的是開發一種小型化三維細胞培養陣列（DataChip），用於在藥物開發的早期階段篩選候選藥物的毒性。由於當今世界對藥物開發投入了大量的研究，這一點非常重要。DataChip 有望篩選出導致不良反應的藥物，將其從開發中剔除，並幫助更多藥物進入開發過程。該 DataChip 能夠在異生素進入人體之前快速識別異生素的代謝啟用或失活。異生素在肝臟中代謝，在大多數情況下，肝臟會受到藥物的不良影響。DataChip 的目標是顯著減少由異生素代謝引起的肝衰竭病例，而異生素代謝是肝衰竭的主要原因。
術語
異生素 - 在生物體中發現但通常不產生或預計不存在的化學物質
微陣列 - 生物學測定
海藻酸鹽 - 存在於褐藻細胞壁中的粘性膠
P450 同工酶 -（CYP1A2、CYP2D6 和 CYP3A4）參與混合功能氧化酶系統的酶
IC50 值 - 或半數抑制濃度
Hep3B 細胞 - 人類肝癌細胞
熒光 - 產生熒光的過程
酮康唑 - 一種合成抗真菌藥，用於預防和治療皮膚真菌感染
相關性：在課堂上，我們討論了人體中不同的代謝途徑以及它們產生的不同產物。我們還了解了所有這些過程如何相互關聯。本文探討了檢測代謝物質引起的副作用的新方法。異生素在肝臟中分解。糖酵解和糖異生也都在肝臟中進行。如果肝臟因異生素代謝而受損，則糖酵解和糖異生也會受到破壞。本文描述了人體中發生的另一種代謝過程以及代謝物的潛在副作用。
代謝組學涉及儘可能檢測和量化儘可能多的樣品成分，以識別可用於表徵所研究樣品的化合物。在電噴霧電離中，離子透過質譜 (MS) 產生以進行分析。將此技術應用於代謝組學時，重要的是在離子產生之前有效地分離代謝組樣品成分，以最大程度地減少電離抑制。這將確保測量的擴充套件動態範圍，以及對代謝組的覆蓋。透過最佳化 MS 入口和介面，可以提高測量靈敏度。
前端液相色譜 (LC) 分離、電噴霧電離和離子傳輸效率的進步提高了基於液相色譜-質譜 (LC-MS) 的測量的靈敏度。代謝組的擴充套件和更可重複的覆蓋範圍導致檢測到大量特徵，這些特徵的特徵是準確測量的質量和保留時間。小內徑色譜柱提供較低的流速，從而提高了電離效率。這帶來了更高的靈敏度和更好的定量。然而，提供高分離峰容量的較長色譜柱會產生較長的分析時間，這在分析大量樣品時不可取，而大量樣品對於統計上顯著的代謝組學研究是必需的。離子遷移譜-質譜 (IMS-MS) 或液相色譜-離子遷移譜-質譜 (LC-IMS-MS) 等替代和互補方法正在開發中。這些方法將提供更高的通量，這將允許在幾天內對數百個樣品進行中等覆蓋範圍分析。
應用於 LC/TOF-MS 生成的化合物鑑定的分子式和 METLIN 個人代謝物資料庫匹配
為了簡化和簡化從液相色譜飛行時間質譜產生的代謝組學資料中鑑定的化合物，開發了軟體，用於構建包含從公共 METLIN 資料庫中提取的 15,000 多種化合物的個人代謝物資料庫。添加了額外的功能，允許新增使用者定義的保留時間作為正交可搜尋引數；並允許與分離軟體介面，即分子式生成器 (MFG)，該軟體有助於可靠地解釋來自精確質量譜資料的任何資料庫匹配。為了評估這種鑑定策略的效用，將保留時間新增到此資料庫中的一個子集的質量中，該子集代表 78 種合成尿液標準品的混合物。對該混合物進行分析並針對該 METLIN 尿液資料庫進行篩選，結果產生了 46 個精確質量和保留時間匹配。在相同分析條件下分析了人尿液樣本，並針對該資料庫進行了篩選。另外 374 個樣本與資料庫中的精確質量相匹配，其中 163 個樣本的 MFG 得分最高。更重要的是，MFG 計算出另外 849 個沒有資料庫匹配的離子的分子式。這些結果表明，METLIN 個人代謝物資料庫和 MFG 軟體為確認資料庫匹配的分子式提供了一種典範策略。如果沒有找到資料庫匹配，則會建議可能的分子式。
由於質量測定不能完全確定地確定元素組成，因此建議用其他技術（如同位素比率和 RT）補充高質量精度資料的資料庫分配。已經證明，METLIN 個人代謝物資料庫軟體可用於為一組尿液代謝物標準品分配正確的元素組成。將 RT 作為單獨的正交變數將允許對時間分辨的質量進行快速、正面的識別。將 MFG 功能與質量和 RT 資料庫匹配相結合，預計將提高對已知化合物和未知化合物分配正確元素組成的信心。
傅立葉變換回旋共振質譜 (FTICR-MS) 提供了無與倫比的質量解析度、質量精度和卓越的檢測靈敏度。憑藉這些特性，FTICR-MS 有可能成為高通量代謝組學分析的有力工具。本研究考察了超高場 12 特斯拉 (12T) 的特性，以識別和量化人體血漿代謝物，並透過直接注入 (DI) 對近交系小鼠血清進行非靶向代謝指紋圖譜分析。在 3 分鐘的人體血漿水提取物注入分析中，檢測到約 250 種代謝物特徵中的 570 種的合理元素組成（包含無限的 C、H、N 和 O，以及每個公式最多兩個 S、三個 P、兩個 Na 和一個 K），並能夠識別出超過 100 種代謝物。利用同位素標記的內標，獲得了膽鹼的絕對定量的高質量校準曲線，靈敏度低於皮摩爾。這比之前的 LC/MS 分析所需樣品量減少了 500 倍。最佳血清稀釋條件使作為代謝物模擬物加入小鼠血清的化學化合物產生了跨越 600 倍濃度範圍的線性響應。對來自 2 個近交系、接受和未接受急性三氯乙烯 (TCE) 治療的 26 只小鼠的血清進行了 DI/FTICR-MS 分析。這種方法也擴充套件到對來自 5 個近交系、參與急性酒精毒性研究的 49 只小鼠的血清樣品進行代謝指紋圖譜分析，採用正負電噴霧電離 (ESI)。結果表明，將 DI/FTICR-MS 應用於這些樣品，可以在 24 小時內分析出超過 400 種代謝物。
超高場 FTICR-MS 已被證明是定性代謝組學中一種潛在的寶貴工具。出色的質量解析度有助於在 DI 模式下檢測複雜樣品中的數百種代謝物。質量精度通常允許僅根據質量識別低質量代謝物。這是透過生成元素組成，然後搜尋可用的代謝組學資料庫來實現的。
超高場 FTICR-MS 還可以用於快速生成來自大型研究的樣本的差異代謝物譜。然而，DI/FTICR-MS 並不全面，因此可能不會消除色譜分離以實現徹底的代謝組覆蓋和區分代謝物異構體的必要性。目前正在開發軟體以增強 FTICR-MS 在高通量代謝組學中的潛力。該軟體將透過自動檢測差異丰度的代謝物，然後透過元素組成確定和代謝組學資料庫搜尋自動識別這些代謝物，從而促進分析。
文章和網頁以供審查和納入
[edit | edit source]基於傅立葉變換離子迴旋共振質譜的確定生長特異性代謝物的代謝組學方法