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動物代謝組學

動物代謝組學簡介

代謝組學是一個龐大的學科，它涵蓋了特定時間細胞或組織中代謝物的化學指紋或影像，這取決於該組織或細胞的刺激。這種對生物過程的快照可以為細胞的基因組、表型和生物過程提供大量資訊。

在動物代謝組學中，研究的不是人類的代謝物和過程，而是動物。以下文章和網站中研究的動物包括家畜和農業動物、動物園和野生動物。

網站“牛功能基因組學實驗室”是一個探索動物代謝組學農業方面的網站。該網站提供有關牛功能基因組學實驗室進行的研究的資訊。該實驗室使用許多生物工具來幫助更好地瞭解導致牛經濟上可取的表型性狀的細胞機制。網站“環境代謝組學：野生動物疾病和毒性研究”是一個深入研究代謝組學的環境和野生動物方面的網站。該網站提供了有關化學風險評估、物種中癌症識別以及透過代謝組學監測條件的資訊。網站“密歇根代謝組學和肥胖中心”是一個探索動物代謝組學家養方面的網站。該實驗室透過對家畜和齧齒動物的檢測來探索代謝組學。該研究中心的目的是揭示脂質代謝的線索，並解決人類代謝問題，如糖尿病和肥胖。

文章“識別農業動物基因組學長期 USDA 工作的未來需求”是一篇探索動物代謝組學農業方面的文章。這篇文章探討了有助於在牲畜中創造經濟上有利的表型的生物機制。文章“直接從野外取樣生物並瞭解其表型：環境代謝組學的主要建議”是一篇探索動物代謝組學動物園和野生動物方面的文章。這篇文章的重點是探索代謝組學和表型之間的聯絡。關於一方的資訊最終可以得出關於另一方的資訊。文章“動物健康和疾病的生物標誌物發現：後基因組技術的應用”是一篇探索動物代謝組學家養方面的文章。這篇文章探討了動物代謝組學研究的總體意義，並提供了一些工具。 “代謝組學生物標誌物：它們在關鍵路徑中的作用”探討了使用生物標誌物加速藥物開發並幫助診斷疾病的可能性。文章“豬（Sus scrofa）的遺傳資源、基因組作圖和進化基因組學”探討了家豬全基因組序列的應用。這篇文章闡述了測序技術以及在醫學、農業和進化生物學領域中的可能應用。

代謝組學是一個不斷發展的生物學和生物化學領域，有望帶來大量發現和創新。

網站

牛功能基因組學實驗室網站

主要關注點

此網路資源的目的是提供有關牛功能基因組學實驗室 (BFGL) 所進行研究的資訊，該實驗室是貝爾茨維爾農業研究中心動物和自然資源研究所的一部分。BFGL 的成立是為了透過調查理想表型性狀背後的細胞機制來提高牛的生產效率。

新詞

瘤胃：反芻動物的第四個胃室 [Wikipedia.org]

通量組：細胞中的代謝途徑通量 [Wikipedia.org]

大量營養素：生物體需要大量營養素，如鈣 [Wikipedia.org]

微陣列：一種高密度排列的 DNA 探針，代表一個物種的基因組。它可以用來量化細胞中存在的 mRNA 轉錄本，比較基因組序列，或在許多其他應用中 [Snyder]

轉錄組：細胞中所有 mRNA 的集合 [Nelson]

Nelson, DL, Cox, MM, (2004)。Lehninger’s Principles of Biochemistry: W.H. Freeman.

Snyder, L, Champness, W, (2007)。Molecular Genetics of Bacteria. Washington, D.C.: ASM Press.

摘要

牛功能基因組學實驗室 (BFGL) 網站描述了 BFGL 實驗室在動物健康和食品動物生產領域進行的各種研究。該實驗室採用整合方法進行研究，利用轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學來全面瞭解導致牛經濟上可取的表型性狀的細胞機制。特別是，正在研究牛的乳腺、免疫系統和胃腸道的生理和發育。

對於每個重點研究專案，都概述了目標，描述了方法，並提供了專案的年度報告。該網站提供了到 BFGL 研究出版物以及相關期刊和協會的連結。它還設有新聞和活動版塊，提供關於科學協會會議的資訊，並描述該領域的新科學發現和突出的研究獎項。

“牛蛋白質和脂肪積累的基因組學和代謝基礎”是網站上一個重點研究專案的示例，它採用整合方法。該專案研究了當改變肉牛的巨量營養素供應時，特定組織中的代謝組、通量組和轉錄組是如何受到影響的。它的目標是瞭解代謝組-通量組-轉錄組網路是如何被調節以支援將巨量營養素分配到蛋白質積累、脂肪積累或分解代謝中的。該專案使用了三種互補的分子技術：牛代謝相關微陣列 (BMET) 結合即時逆轉錄聚合酶鏈反應分析、代謝組學分析和通量組學分析。為了找到影響巨量營養素利用的限速因素，將肉牛餵食草料為基礎的日糧，並經瘤胃灌注水、酪蛋白或澱粉，或餵食丙酸鈉 42 天。根據 2008 年的年度報告，為該研究準備了 25 頭肉牛，進行了處理，然後進行屠宰。從每頭肉牛中收集組織樣本，並已開始實驗室分析。

環境代謝組學：野生動物疾病和毒性的研究

http://www.actionbioscience.org/genomic/viant.html

主要關注點

該網站的主要關注點是在野生動物疾病和毒性研究中使用代謝組學。

新詞

代謝組學：對生物樣本中所有代謝物的研究。
蛋白質組學：對生物樣本可以產生的所有蛋白質的補充研究。
後基因組生物學：完整基因組序列可用後的生物學。
生物資訊學：將資訊科技應用於分子生物學。
哨兵物種：用於監測環境各種特徵的某些物種。
生物標誌物：用作生物狀態指標的物質。

摘要

該網站是 actionbioscience.org 的一部分，它自稱為“美國生物科學研究所的教育資源”，完全專注於代謝組學、它與其他領域的整合以及當前的應用。該頁面從介紹代謝組學開始，對其進行定義，並重點關注其在疾病診斷方面的優勢，特別是在它測量所討論的生物體的表型，無論是人類還是野生動物，這種表型會隨著時間推移而變化，並會對各種壓力做出反應。然後它簡要地轉向其在人類疾病診斷中的應用，然後迅速轉向代謝組學在環境科學中的用途，特別是癌症的識別和各種野生動物種群的化學風險評估。代謝組學被用來研究化學物質和疾病對各種哨兵物種的影響，這些物種被用作環境健康的整體指標，並評估壓力源對環境的影響。它也可以用作對家庭和工業化學品對環境影響的化學風險評估。傳統的化學毒性影響測試監測有限數量的反應，而代謝組學可以同時監測數百或數千個單獨的代謝物，從而更詳細地瞭解給定化學物質的影響。代謝組學與蛋白質組學一起被用來研究比目魚物種的癌症。該頁面以對環境代謝組學未來的估計而結束，稱目前應用受到技術複雜性的限制，但隨著技術的進步，人們將能夠更好地利用代謝組學的整體優勢。目標是從極小的血液樣本中進行分析，並將它們與環境的健康狀況聯絡起來，包括汙染和其他壓力源。

密歇根代謝組學和肥胖中心

http://www.med.umich.edu/mmoc/cores/animal.htm

主要關注點

密歇根代謝組學和肥胖中心使用多種技術對動物和人類代謝物進行分析。

新詞

GC/MS：氣相色譜-質譜聯用
LC/MS：液相色譜-質譜聯用
MS/MS：串聯質譜
同位素異構體分析：使用同位素異構體以及核磁共振和質譜來量化底物的代謝
LPA：溶血磷脂酸

摘要

密歇根代謝組學和肥胖中心在密歇根大學健康系統下運作。MMOC 的成立是為了支援流行病學、行為學、臨床和健康服務。這些服務對於代謝疾病臨床前領域的發現至關重要。該中心的目標是幫助大學各研究人員之間的互動，加強合作研究，並加速將基礎科學研究成果轉化為對代謝疾病的臨床有用療法，包括肥胖症、2 型糖尿病和相關的代謝疾病。MMOC 運營著幾個核心實驗室。這些設施包括由 Nathan Qi 領導的動物表型研究、由 Jeffrey Horowitz 領導的人類表型研究以及由 Jaeman Byun 領導的代謝組學研究。代謝組學核心實驗室讓科學家能夠識別、量化和分析動物（如齧齒動物）細胞、器官和其他生物液中的生物材料。實驗室使用許多儀器，例如質譜儀（在氣相、液相色譜和串聯等多種配置中）以及核磁共振。該設施專門分析脂類。代謝組學實驗室會更改操作的程式費率，例如從生物樣品中提取總脂類和脂肪酸組成分析。費用按樣本或時間收費。MMOC 還為科學家和研究提供資助機會。

文章

確定美國農業部農業動物基因組學長期努力的未來需求

Green RD 等人，“確定美國農業部農業動物基因組學長期努力的未來需求”，《國際生物科學雜誌》，3, 185-191, (2007)。

http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=17384737

主要關注點

本文旨在總結 2004 年 9 月在華盛頓特區舉行的題為“為美國農業部農業動物基因組學長期努力制訂路線圖”的研討會得出的結論和建議。組織這次研討會的目的是推動農業動物基因組學研究的進一步發展，重點關注下游應用，這些應用將帶來動物改良，惠及生產者、消費者和研究人員。

新詞

BAC：細菌人工染色體 - 衍生自 F 質粒的質粒克隆載體，可以接受非常大的 DNA 克隆。它經常用於基因組測序專案以建立 DNA 文庫 [Snyder]。

cDNA：互補 DNA - 透過逆轉錄酶從 mRNA 合成的 DNA。它經常用於克隆基因並在基因組測序專案中建立 DNA 文庫 [Snyder]。

EST：表達序列標籤 - cDNA 的短序列，它經常用於識別基因轉錄本和確定基因序列 [Snyder]。

基因組註釋：將生物學資訊分配給基因組序列 [Snyder]。

計算機模擬：在計算機上或透過計算機模擬執行 [Wikipedia.org]。

連鎖圖：物種基因組的圖譜，顯示已知基因和基因標記相對於彼此的位置，如透過重組頻率確定 [Snyder]。

QTL：數量性狀基因座 - 與特定可測量性狀密切相關的 DNA 序列 [Snyder]。

輻射雜交定位：一種確定基因座沿染色體排列順序的技術，它涉及將輻照的供體細胞與來自另一種物種的宿主細胞融合。這使得來自輻照細胞的 DNA 片段可以整合到宿主細胞的染色體中。然後可以使用融合細胞 DNA 的分子探測來確定兩個或多個基因座是否位於供體 DNA 的同一片段內 [Snyder]。

RNAi：RNA 干擾 - 一種細胞機制，透過兩種型別的 RNA 分子（microRNA 和小干擾 RNA）的作用控制基因表達，這些分子可以與 mRNA 結合以促進或抑制其翻譯 [Snyder]。

SNP：單核苷酸多型性 - 同種個體之間 DNA 序列中單個核苷酸的變異 [Snyder]。

Snyder, L, Champness, W, (2007)。Molecular Genetics of Bacteria. Washington, D.C.: ASM Press.

摘要

分子生物學對農業動物研究產生了積極影響，使動物改良更加準確和快速。2004 年 9 月，美國農業部在華盛頓特區舉行了一次研討會，以確定應如何組織、資助和指導農業動物基因組學研究的持續進行。重點放在動物基因組學研究的下游應用，包括代謝組學應用。這項研究的最終目標是使用整合的生物系統方法來了解牲畜中經濟上有利的表型的生物學機制。

研討會的第一階段討論了動物基因組學研究中結構基因組學的優先事項。透過動物基因組學研究專案建立的連鎖和比較圖譜、SNP 圖譜和精細 QTL 圖譜（見圖 1）將使研究人員能夠評估每個動物物種的遺傳多樣性，並開發基於 DNA 的動物識別系統。普遍的共識是，所有基因組測序資料都應組織到公共資料庫中，以促進這些研究工作。研討會與會者概述了未來結構基因組學研究的幾個目標。他們建議：1) 接下來應該對豬基因組進行測序，2) 獲取 BAC 圖譜和 2 倍序列覆蓋率，3) 開發 cDNA 文庫以允許功能註釋和對馬、火雞、山羊、鯰魚、鮭魚和鱒魚基因組的遺傳連鎖、輻射雜交和物理圖譜的完全整合，4) 發現和驗證 SNP 標記，併為所有物種開發單倍型圖譜，以允許對 QTL 進行精細定位，5) 開發每個物種的標準化種群和表型資源。

研討會的第二階段重點關注動物基因組學研究中功能基因組學的優先事項。重點放在支援蛋白質組學、代謝組學和宏基因組學領域的下游應用。這些領域的研究將充分利用結構基因組學基礎設施，並加深對牲畜中經濟上理想表型的生物學基礎的瞭解。代謝組學將允許對蛋白質系統進行基因組表徵，從而在動物健康和營養方面得到應用。與會者建議：1) 將下游研究列為高度優先事項，2) 開發定義表型的標準化方法，3) 增強生物資訊學能力以處理由此產生的資料量和複雜性的增加，4) 採用整合的系統生物學視角，以及 5) 制定並整合美國農業部動物基因組學研究的長期戰略計劃。

研討會的第三階段也是最後一個階段討論了動物基因組學研究中生物資訊學的優先事項。管理這項研究中積累的大量資料所需的資料庫和生物資訊學工具已經存在。然而，這些系統分散在許多機構之間，並且普遍缺乏使用這些系統所需的專門培訓人員。與會者建議 1) 整合各機構可用的資源，2) 開發專門的計劃來培訓研究人員使用這些工具，3) 開發表型的標準化描述，以及 4) 將美國農業部的資源專門用於開發特定於農業動物研究的新生物資訊學工具。

農業動物基因組學研究正在進行的研究的全部益處將在其在結構和功能基因組學中的下游應用中得到體現。將蛋白質組學、代謝組學和宏基因組學整合在一起的方法將有助於理解基因組序列如何與牲畜中經濟上重要的表型相關聯，例如涉及抗病性、行為、生長、產品質量和繁殖能力的表型。美國農業部研討會為農業動物基因組學進一步研究的組織和方向提供了建議，這些建議強調了這種整合的生物系統方法。

直接從野外取樣生物並瞭解其表型：環境代謝組學的主要建議

Hines, A.; Oladiran, G. S.; Bignell, J. P.; Stentiford, G. D.; Viant, M. R. 直接從野外取樣生物並瞭解其表型：環境代謝組學的主要建議。環境科學與技術，2007，41（9），3375-381。DOI：10.1021/es062745w

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/es062745w?prevSearch=wildlife+metabolomics&searchHistoryKey=

主要關注點

這篇文章主要關注的是評估代謝組學在研究野生動物方面的應用。探索代謝組學可以幫助得出關於表型的資訊，反之亦然。

新詞

表型錨定：確定特定表達譜與生物體表型之間關係的過程。
應激誘導表型：由對生物體施加的某些應激誘導的表型。
代謝指紋：組織或生物體中發現的特徵代謝物。
實驗室穩定：在測量之前將生物體暴露於標準條件下的一段時間。
1H NMR 光譜：吸收電磁輻射以確定關於氫原子的化合物的結構特徵。

摘要

作者試圖確定代謝組學在自由活動野生動物研究中的潛力。具體來說，它是否可以用於識別在自然可變環境中收集的動物的應激誘導表型，或者它是否需要在評估樣品之前在受控實驗室中進行一段時間的穩定。他們還想知道需要多少資訊才能準確解釋收集到的資料，性別和生物體的年齡是給出的兩個例子。選擇海洋貽貝作為被評估的生物體，缺氧被選為壓力源。收集了兩組貽貝；一組的一半重新浸入海水中兩小時，另一半暴露在空氣中兩小時，然後收穫組織並儲存以備後用；第二組被運送到實驗室進行 60 小時的穩定期，然後誘導缺氧，然後收穫。使用 H NMR 光譜法分析組織，並對所得資料進行嚴格的多變數統計分析。有趣的是，實驗室穩定性增加了樣品的代謝變異，從而掩蓋了對缺氧壓力源的反應，作者提出的一個可能的原因是，運送到實驗室對貽貝造成了額外的壓力，改變了分離組織中的代謝物。發現大多數代謝多樣性是由性別造成的；這強調了在評估資料時表型錨定的重要性。作者得出結論，直接野外取樣推薦用於環境代謝組學研究，因為它減少了代謝變異並使應激誘導的變化更容易觀察到。

動物健康和疾病中的生物標誌物發現：後基因組技術的應用

Rowan E. Moore，Jennifer Kirwan 動物健康和疾病中的生物標誌物發現：後基因組技術的應用生物標誌物洞察 2: 185-196, 2007

http://www.la-press.com/biomarker-discovery-in-animal-health-and-disease-the-application-of-po-a292

主要關注點

本文討論了生物標誌物在動物健康領域的作用。這些標記用於幫助識別生物流體組織中的許多分子。生物標誌物發現還包括轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學。

新詞

RIA：放射免疫測定法。
EST：表達序列標籤。
SAGE：基因表達串聯分析。
MIAME：微陣列實驗的最小資訊量。
約翰氏病：反芻動物的慢性細菌感染。

摘要

動物不僅被用於食物，還被用於陪伴和勞動，人口快速增長導致了對動物數量和種類的急劇增加，這就是為什麼人類越來越關注其疾病的表徵和管理，也是為什麼動物疾病正在被研究的原因。這些動物疾病的原因是一個非常複雜的問題，但是透過使用生物標誌物，可以將疾病與臨床表現和結果聯絡起來。隨著基因組學、蛋白質組學、轉錄組學和代謝組學等新興技術的出現，組織中使用的小分子可以用作標記物。第一步是識別這些生物標誌物，然後進行驗證，最後進行臨床應用。這些標記物的最終目標是提供診斷測試，以最終促進更好的動物，並檢測動物病原體。動物代謝組學是探索生物標誌物的非常好的工具。生物系統對遺傳和環境的影響做出特定反應。因此，探索這些系統的代謝物可以產生敏感的生物標誌物。探索組織中這些代謝物的技術使用質譜法（氣相/液相色譜，串聯）以及核磁共振等技術。今天該領域研究的最大瓶頸是資料分析。許多實驗室的大量資料產生了複雜的資料集，需要大量的資料庫。在後基因組時代，探索後基因組技術具有巨大潛力。這些技術將為改善動物健康和福利鋪平道路。

代謝組學生物標誌物：它們在關鍵路徑中的作用

Schnackenberg, Laura K. 和 Richard D. Beger。代謝組學生物標誌物：它們在關鍵路徑中的作用。藥物發現今日：技術。4:1, 2007

http://www.fda.gov/oc/initiatives/criticalpath/metabolomic_biomarkers.html

主要關注點

一些代謝分子可以準確地識別個人的健康狀況。可以實施代謝譜分析來識別用於疾病診斷和預後的生物標誌物，以及確定藥物的安全性有效性。這種方法可以幫助推進個性化醫療和 FDA 的關鍵路徑。

新詞

關鍵路徑：FDA 的個性化醫療計劃。

生物標誌物：可以指示健康狀況的分子。

代謝譜：一系列測試，以確定代謝功能的程度。

轉錄組學：在 RNA 水平上研究基因表達。

系統生物學：研究生物系統中複雜的相互作用。

核磁共振波譜 (NMR)：一種利用特定原子核的磁性來確定化合物化學成分的技術。

摘要

代謝譜分析最常使用高解析度 NMR 和聯用質譜法進行。儘管這兩種技術並非沒有缺點，但它們比其他方法更容易使用，因為 NMR 易於複製，聯用質譜法非常靈敏。最佳的譜分析測試將包括 NMR 和質譜法。

代謝生物標誌物可用於在藥物開發的臨床前和臨床階段識別有毒藥物。生產一種新藥大約需要花費 10 億美元，在開發階段早期識別有毒或無效藥物將降低這筆成本，並縮短新藥上市的時間。默克公司在一項關於已知會引起肝毒性的藥物的臨床前研究中使用了代謝組學，並能夠確定導致毒性的確切機制。他們發現服用該藥物的人三羧酸迴圈中間體的消耗量減少，同時存在中鏈羧酸，這意味著該藥物干擾了脂肪酸代謝。

代謝譜分析傳統上是在生物流體上進行的，而毒性研究中最受歡迎的流體是尿液。尿液很容易從受試者身上獲得，並提供整個系統的毒性細節。它也是無創的，因此可以在臨床研究中使用。由於尿液也可以隨著時間推移進行收集，因此可以監測毒性，並可以確定反應和恢復期。這意味著可以使用同一只動物多次，從而降低毒理學研究的成本，因為減少了收集足夠資料所需的動物數量。

科學家已經開始利用生物標誌物來確定疾病狀態。例如，NMR 和質譜法多年來一直用於檢測先天性代謝錯誤。對於先天性代謝錯誤，由於核苷酸插入、缺失或替換引起的 DNA 序列改變會導致酶活性改變，從而干擾代謝中間體的轉化。這種中間體的濃度隨後會增加，然後釋放到尿液和其他生物流體中，以試圖維持穩態濃度。可以根據檢測到的濃度增加的代謝物確定先天性代謝錯誤，遺傳學可以解釋代謝途徑的改變。

代謝譜分析也已用於確定器官移植的成功率。腎臟移植失敗的指標包括生物標誌物水平的改變，例如三甲胺-N-氧化物 (TMAO)、乳酸、乙酸和丙氨酸。譜分析也被用於提供預後和診斷疾病，例如糖尿病、肝硬化和癌症。代謝組學能夠提供個人診斷資訊，使其成為未來個性化醫療的強大工具，也將在 FDA 的關鍵路徑中發揮重要作用，即他們現代化醫療保健和藥物產品的努力。

豬的遺傳資源、基因組作圖和進化基因組學 (Sus scrofa)

Chen, Kefei, Tara Baxter, William M. Muir, Martien A. Groenen, Lawrence B. Schook. 豬的遺傳資源、基因組作圖和進化基因組學 (Sus scrofa). 國際生物科學雜誌. 3:153-165, 2007

http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1802013&blobtype=pdf

主要關注點

家豬是重要的食物來源，也是生物醫學研究的重要動物模型。豬基因組的完整序列以及對家養品種之間複雜遺傳差異的理解將有助於改善養豬業，並深入瞭解人類遺傳學。它也將提供一個追蹤哺乳動物進化史的機會，並定義馴化和自然選擇導致的選擇特徵。本文描述了基因組測序技術以及利用這些遺傳資訊的可能方法。

新詞

組學: 對以“組學”結尾的生物學領域的學習，例如基因組學或蛋白質組學。

基因滲入: 透過將兩種物種雜交，然後將其回交到其中一個親本，將一個物種的基因流入另一個物種。

種質: 某一生物體的遺傳資源集合。

單核苷酸多型性 (SNP): 當生物體 DNA 中的單個核苷酸與該物種的其他個體不同時。

細胞遺傳學圖譜: 顯示基因在染色體上位置的圖表。

遺傳連鎖圖譜: 染色體上基因之間的距離。

基因組結構: 基因組的結構。

摘要

加深對豬進化史的理解可以幫助確定早期文明的興起和牲畜農業的起源。最早的家豬馴化可以追溯到公元前 7000 年的安納托利亞，從那時起，家豬的馴化在向西走向歐洲和向東走向亞洲的過程中獨立地出現了。家豬遍佈全球，生活在各種各樣的環境中。由於肉眼可見的物理差異，例如牙齒和頭骨形態，以及生化和分子差異，可以確定超過 16 個亞種。

分析多樣性的規模和差異將提供對馴化人口歷史的洞察。馴化和農民創造的新環境就像一個人工的遺傳瓶頸，減少了遺傳多樣性，並對特定基因進行了強烈的選擇。與其他家養牲畜不同，豬是一個主要的模式生物，因為野生有很多同種動物可以作為製作進化樹時的外群。

基因組大小與生物體複雜性之間的關係尚未確定。然而，似乎更復雜的生物體具有更大的基因組，因為它們需要更精密的措施來調節基因表達。比較基因組作圖是評估基因組組織的常見方法。比較方法包括細胞遺傳學作圖和遺傳連鎖作圖。使用比較作圖對基因組進行測序可以更好地理解表型變異的分子基礎。它還提供了對選擇特定變異或突變的進化力量的洞察。

分析基因組結構可以用來理解物種差異。科學家尋找基因組重排、轉座因子和單核苷酸多型性 (SNP)。基因組重排包括基因倒位、易位和重複。染色體重排不太可能是物種形成的唯一原因，但它可以加劇由其他因素引起的生殖隔離。轉座因子最初被認為是垃圾 DNA，但現在被認為是塑造基因組以進行物種形成的重要因素。根據 SNP 發生在編碼區的哪個位置，它們可以在改變基因轉錄方面發揮重要作用。

完整的豬基因組是一種寶貴的資源。它將增強我們對基因組-表型關係的認識。豬經歷了數千年的人工選擇，現在出現了各種各樣的形態、生理和行為表型，每個品種的完整基因組可能會更好地瞭解哪些基因型產生哪些表型。這將有助於基因預測以及開發用於遺傳建模的技術。對基因組-表型研究的進一步探索將為生物技術和農業以及食品生物工程提供新的應用。與老鼠或大鼠相比，豬是人類生物醫學研究的首選模型，因為這兩個物種有許多相似之處，例如體型和許多解剖和生理相似之處。豬也可以透過核移植進行克隆。對基因型的理解將提高家畜育種的選擇性，並使更好的保護專案得以實施。一旦解開整個豬基因組的奧秘，就可以將其與其他完全測序的生物體進行比較，並幫助確定豬的進化以及提供有關哺乳動物進化的資訊。

致謝

此頁面由 Kevin King、Jillian Lund、Nick Chamberlain 和 Kelli Fagan 撰寫

作為代謝課程作業的未來文章審閱

禁食小鼠模型中代謝組學 (肝臟和血液分析) : 一項關於肝脂肪變性的研究

審稿人: Rachel R.

主要關注點

使用高效薄層色譜和反相液相色譜結合質譜來量化和定性分析小鼠肝細胞中禁食導致的肝臟脂肪儲存的重排和重新分配。

新詞

肝脂肪變性: 也稱為脂肪肝病 (FLD)，是一種可逆狀態，其中甘油三酯脂肪的大空泡透過脂肪變性過程積累在肝細胞中 (細胞內脂質異常瀦留)。(來源: http://en.wikipedia.org/wiki/Hepatic_steatosis)
肝細胞: 構成肝臟細胞質質量的 70-80%。這些細胞參與蛋白質合成、蛋白質儲存和碳水化合物轉化、膽固醇合成、膽汁鹽和磷脂合成，以及外源性和內源性物質的解毒、修飾和排洩。(來源: http://en.wikipedia.org/wiki/Hepatocytes)
磷脂醯膽鹼: 一種磷脂類，其頭部基團包含膽鹼。它們是生物膜的主要組成部分，可以從蛋黃或大豆中分離出來，從這些來源中可以進行機械提取或使用己烷進行化學提取。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphatidylcholine）
纖維化: 指器官或組織中形成或發展出過量的纖維結締組織，作為一種修復或反應性過程。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Fibrosis）
脂肪性肝炎: 一種肝臟疾病，其特徵是肝臟炎症伴隨肝臟脂肪蓄積。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Steatohepatitis）
隨意: 在生物學中，用於指動物的“自由攝食”體重，例如，與限制飲食後的體重形成對比。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Ad_libitum#Biology）
生物標記: 用作生物狀態指示物的物質。它是一個客觀測量和評估的特徵，作為正常生物過程、致病過程或對治療干預的藥理反應的指標。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Biomarker）
油酸: 一種單不飽和 ω-9 脂肪酸，存在於各種動物和植物來源中。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Oleic_acid）

摘要

肝臟脂肪變性，或脂肪肝疾病 (FLD)，受到廣泛研究，因為它與肥胖和代謝綜合徵密切相關。肝臟脂肪變性是由三醯甘油 (TG) 在肝細胞的細胞質中沉積引起的。這會導致細胞炎症、細胞死亡和纖維化（脂肪性肝炎）。

在小鼠模型中，肝臟脂肪變性是在飢餓狀態下生存 24 小時的生存策略，但在人類中，肝臟脂肪變性會導致肝臟肥大。該研究領域的主要問題是理解從生存策略向發病機制（如脂肪性肝炎）發生的轉變。為了理解這一點，重要的是要發現肝臟中脂質化合物的濃度在飢餓一段時間後是如何變化的。使用高效薄層色譜 (HPTLC) 和反相液相色譜-質譜聯用 (LC-MS) 來定量和定性分析肝臟中脂質化合物的變化。

在一項研究中，使用小鼠來確定肝臟中肝臟脂肪儲存的變化。6 只小鼠作為對照組，隨意餵食。實驗組，另外 6 只小鼠，被飢餓 24 小時。之後，使用 HPTLC 和 LC-MS 對所有小鼠的肝臟部分進行測試，以確定它們的脂質組成。使用統計分析軟體定量分析對照組和飢餓組之間的差異。

在 24 小時飢餓期後，觀察到體重下降 13.5%。這是由於小鼠缺乏食物和水的攝入。在此期間，脂肪酸也過度進入肝臟。這是由於禁食期間體內脂肪儲存的水解，並且可以啟動肝臟脂肪變性。在犬和齧齒動物禁食時也觀察到這種情況。在所有哺乳動物從碳水化合物代謝轉變為脂肪代謝的飢餓期間，這種情況很可能發生。

在飢餓後，在肝臟組織中觀察到 44:2-TG 和 48:3-TG 大幅增加，而它們通常存在於脂肪組織中。這表明當碳水化合物濃度低時，脂質會從脂肪組織轉移到肝臟組織。飢餓後，肝臟遊離膽固醇和膽固醇酯也有顯著升高。膽固醇在膜流動性中起著重要作用，因此飢餓可能會對肝細胞膜的流動性產生負面影響。此外，飢餓後，在對照組小鼠的肝臟勻漿中觀察到 49:4-TG，而對照組中未觀察到。這種具有奇數碳原子數的 TG 可用作飢餓誘導的肝臟脂肪變性的新生物標記。

總之，這項研究使用 HPTLC 和 LC-MS 證明肝臟高度動態，在應對禁食和脂質代謝中代謝物的轉化方面起著至關重要的作用。在肝臟中，遊離脂肪酸的再分配和週轉會導致肝細胞中三醯甘油的積累（肝臟脂肪變性）。

與傳統代謝課程的相關性

這篇文章展示了哺乳動物在飽食和飢餓狀態下脂肪和碳水化合物的代謝如何變化。在飽食條件下，碳水化合物被用來產生 ATP，多餘的碳水化合物被轉化為脂肪酸。在飢餓期間，哺乳動物會發生許多變化以獲取能量，因為碳水化合物的攝入量低。能量可以從蛋白質、脂肪和儲存的碳水化合物中產生。最容易獲得的碳水化合物，糖原，首先被使用，其次是脂肪，最後是蛋白質。此外，當葡萄糖濃度低時，遊離脂肪酸會轉移到肝臟，在那裡它們會進行 β 氧化。這會產生乙醯輔酶 A，它可以用來形成酮體。在飢餓期間，這些酮體可以被運輸到其他組織，例如骨骼、心臟和腦組織。

果蠅肌肉組織中與年齡相關的缺氧耐受性下降的代謝組學和通量平衡分析

審稿人：Stephanie S.

主要關注點

研究了黑腹果蠅，以確定年齡在缺氧條件下的相關性及其對代謝通量和代謝物濃度水平的影響。分析了果蠅的肌肉組織，以觀察恢復率。研究了年輕和老年果蠅在重新引入氧氣後產生的產物，以更好地瞭解與年齡相關的代謝控制。

新詞

再灌注: 恢復器官或組織的血液流動。（來源：http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=5308）
常氧: 正常的氧氣水平。（來源：http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=33962）
血淋巴: 某些無脊椎動物的迴圈液，如節肢動物的血液和無脊椎動物的淋巴。（來源：http://www.thefreedictionary.com/Haemolymph）
Kaplan-Meier 估計: 根據終身資料估計生存函式。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan%E2%80%93Meier_estimator）
缺氧: 一種病理狀態，其中整個身體或身體的一部分缺乏足夠的氧氣供應。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Hypoxia_(medical))）
核磁共振波譜: 核磁共振波譜是一種利用某些原子核的磁性特性的技術。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/NMR_spectroscopy）
蛋白質組學: 對蛋白質的大規模研究，特別是它們結構和功能的研究。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Proteomics）
通量平衡分析: 用於分析細胞系統代謝能力的有用技術。（來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Flux_balance_analysis）
基因組學: 遺傳學的一個分支，從基因組（完整的 DNA 序列）的角度研究生物體。（來源：http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn?s=genomics）
海藻糖: 一種結晶雙糖 C12H22O11，儲存在許多真菌中而不是澱粉中，在許多昆蟲的血液中也發現。（來源：http://www.merriam-webster.com/medical/trehalose）

摘要

隨著生物體的衰老，它們的代謝速度減慢，對缺氧情況的耐受性下降。生物體必須找到一種方法來調節它們的代謝，因為當沒有氧氣可用時，它們的身體無法獲得能量。隨著年齡的增長，最大心率、運動活動和 ATP 產生都會下降。因此，當置於缺氧環境中時，由於調節下降和能量需求高，可能會發生中風和心臟病發作。

為了理解缺氧和年齡如何影響代謝，研究了黑腹果蠅，因為它與人類缺氧代謝物調節密切相關，並且該生物體的壽命較短。為了確定代謝調節如何下降，研究了主要的碳水化合物能量來源濃度以及其他代謝物，並研究了生物體在缺氧後恢復到基線的恢復率。對兩組果蠅進行了研究，一組是 3 天大的黑腹果蠅，另一組是 40 天大的黑腹果蠅，在缺氧環境中，果蠅完全不動，心臟停止跳動。當重新引入氧氣時，年輕的果蠅恢復期更快，並且比年長的果蠅更快地達到其基線心跳和 ATP 水平。

使用兩種不同的方法，核磁共振 (NMR) 和酶活性測定法，來研究果蠅在缺氧期間和之後代謝物的濃度變化，從而確定果蠅的代謝通量。酶活性測定法用於確定在缺氧情況下，兩種果蠅群體都主要使用糖原作為產生能量的葡萄糖來源，而海藻糖水平在缺氧期間保持穩定。在恢復期，40 天齡的果蠅比 3 天齡的果蠅使用更多的糖原和海藻糖來產生葡萄糖。NMR 用於觀察果蠅胸部代謝物濃度的變化，果蠅的飛行肌肉組織位於胸部。結果表明，年輕果蠅在缺氧期間葡萄糖濃度升高，然後在恢復期恢復到基線水平，而老年果蠅的葡萄糖濃度保持穩定，缺氧後下降。

這些結果表明，在較年輕的時候，果蠅可以調節葡萄糖的產生量，並更有效地利用葡萄糖，因為機體可以在缺氧情況下更快地恢復。對於老年果蠅來說，它們在缺氧後的恢復能力較差，因此它們會使用所有可能的碳水化合物資源來生成葡萄糖，以便機體能夠將 ATP 水平恢復到基線水平，以供機體消耗。這種恢復率的差異很可能是由於隨著年齡的增長，線粒體受損造成的。在缺氧的情況下，由於離子泵被抑制，鈣離子會積累，從而損害線粒體，線粒體負責多種產能途徑，例如三羧酸迴圈。當氧氣重新進入機體時，線粒體無法滿足 ATP 的需求，並且再生 ATP 的速度要慢得多。研究確定，老年果蠅會產生高水平的乙酸鹽，並具有高水平的糖酵解和低水平的三羧酸迴圈，這是由於乙醯輔酶 A 轉換的差異造成的。因此，隨著三羧酸迴圈發生頻率的降低和乙酸鹽生成途徑的過度使用，產生的 ATP 更少，果蠅需要更長的時間才能恢復到基線水平。

總的來說，研究結果表明，隨著年齡的增長，代謝調節能力下降，並在缺氧環境中得到證實。在缺氧期間，代謝控制和代謝通量在所有年齡段都保持相對相似，但在恢復期間，老年果蠅以較慢的速度使用不同的代謝途徑，並且由於代謝調節能力下降，積累了不同的代謝物。

與傳統代謝課程的相關性

這項關於代謝調節與年齡關係的研究與代謝課程相關，因為在這項研究中，老年果蠅的糖酵解通量高於三羧酸迴圈通量，因此乙醯輔酶 A 透過脂肪醯肉鹼穿梭系統轉化為乙酸鹽，而不是透過三羧酸迴圈和電子傳遞鏈來產生 ATP。由於過度依賴乙酸鹽途徑，產生的 ATP 分子更少，導致果蠅恢復到基線水平的速度比 3 天齡果蠅使用三羧酸迴圈的速度更慢。在代謝調節中，如果缺乏反應物、輔因子或酶，就會使用替代途徑來產生需要的東西，以達到機體最終的平衡狀態。

代謝組學評估與年齡相關的雄性 Sprague Dawley 大鼠尿液成分的變化以及資料歸一化方法對統計和定量分析的影響

審稿人：Katrina H。

主要關注點

確定資源的主要關注點。可能的答案包括特定生物、資料庫設計、資訊整合，但還有很多其他的可能性。

新詞

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摘要

在此輸入您的文章摘要。請注意，每個條目開頭（有時結尾）的標點符號至關重要。它應該是 300-500 字。文章的主要觀點是什麼？他們試圖回答什麼問題？他們找到了明確的答案嗎？如果是，答案是什麼？如果不是，他們發現了什麼，或者他們的發現中存在什麼矛盾的觀點？

與傳統代謝課程的相關性

輸入一篇 100-150 字的描述，說明本文中的內容如何與傳統的代謝課程相關聯。這篇文章是否與特定的途徑（例如，糖酵解、檸檬酸迴圈、類固醇合成等）或調節機制、能量學、位置、途徑整合有關？它是否談到了新的分析方法或理念？這篇文章是否顯示了與人類基因組計劃（或其他基因組計劃）的聯絡？

未來作為代謝課程作業的評論網站

實驗遺傳學研究所 (IEG)