代謝組學/資料庫
使用高通量技術收集的大量代謝組學資訊需要一種有效的儲存手段來組織、傳播和促進分析和註釋。這種需求推動了資料庫的發展，作為正在生成的代謝組學資料的儲存庫。這些資料庫中儲存的資料涵蓋了從 NMR 光譜到代謝途徑底物和產物的代謝組學研究的廣闊領域。
代謝組學資料庫的主要目的是組織有關代謝途徑中遇到的眾多代謝物的的資訊。在全球資訊網上存在許多不同的資料庫，它們儲存著涵蓋各種生物體的各種資訊。
該生物磁共振資料庫(BMRB)側重於透過生物大分子光譜研究產生的定量資料。它連結到 PubChem 等搜尋引擎，這些引擎連線到最近的文章和新資料。它還連結到與代謝組學和代謝組學相關的專案和其他資料庫。該資料庫側重於代謝物發現的 NMR 研究方面以及它們在代謝中的作用。BMRB 提供了大量不同已知化合物的清單以及與其相關的資訊。
術語:
- 代謝組學（與代謝組學對比）：術語“代謝組學”和“代謝組學”通常可以互換使用，儘管人們正在達成共識，以確定每個術語的具體含義。代謝組學的目標是識別和量化在不同條件下在生物流體中發現的無數小分子。代謝組學是研究複雜生物系統的代謝譜如何響應疾病、毒物暴露或飲食變化等壓力而變化的研究。
- 代謝物：低分子量分子。
- 抗磁性：從磁場中弱排斥。它是一種僅在物質存在於外加磁場中的情況下才會表現出來的磁性形式。它是由電子軌道運動的變化造成的。施加磁場會對移動電子產生磁力，形式為 F = Qv × B。這種力改變了電子的向心力，使其在軌道運動中加速或減速。這種改變的電子速度在與外部場相反的方向上修改了軌道的磁矩
- 鈣調蛋白：細胞內訊號通路中鈣結合調節蛋白的例子。它在所有真核細胞中高度保守且豐富。作為一種訊號蛋白，鈣調蛋白的功能是結合鈣離子，然後結合靶蛋白，影響其活性。它影響從神經遞質釋放到膜蛋白組織等過程。
- 啟發式：一種幫助解決問題的，通常是非正式的方法。它特別用於一種方法，該方法通常可以快速找到解決方案，該解決方案通常接近於最佳可能答案。
相關性：這些資訊與我們在課堂上學習的內容相關，因為我們一直在學習代謝和參與其中的代謝物。該資源只是一個包含所有可核算知識的集合。代謝組學領域正在不斷發展，在核磁共振波譜的幫助下，將發現更多化合物和代謝物，以及它們的功能。課堂上學習的資訊構成了這些知識的基礎。
該Sigma-Alderich 資料庫提供了對許多代謝組學試劑盒和試劑的訪問，以及許多資源，包括有關細胞訊號通路、酶結構/功能/特異性、動畫、圖表和線上庫的資訊。該網站還提供指向其他資源的連結。
術語:
- 細胞因子：一組在生物體中用作訊號化合物的蛋白質和肽。主要由小的水溶性蛋白質和糖蛋白組成。還在免疫系統中發揮核心作用。
- 代謝組：生物體中發現的所有代謝產物和中間體的集合。
- 血管生成素：促進新血管形成的蛋白質生長因子。只有四種已知的血管生成素：Ang1、Ang2、Ang3 和 Ang4。
- 磷酸化蛋白質組學：一種蛋白質組學型別，涉及識別、編目和表徵含有磷酸基團作為翻譯後修飾的蛋白質。
相關性：該網站以動畫、深入的方式展示了細胞訊號通路和其他代謝途徑（包括糖酵解）。該網站還提供了搜尋功能，以查詢與您選擇的分子相關的通路。
該麥迪遜代謝組學聯盟資料庫包含透過 NMR 和 MS 確定的代謝物。它包含以擬南芥為主的資訊，但也提到了許多不同的物種。該資料庫還包含有關代謝物在幾種不同生理條件下的存在情況、它們的二維和三維結構以及指向相關資源和 其他資料庫的連結的資訊。
術語:
- 核磁共振波譜 (NMR)：使用核磁共振來確定分子結構資訊的技術。
- 質譜 (MS)：利用離子的質荷比來確定樣品組成的技術。
- 擬南芥：阿拉伯芥，一種基因組小、生命週期快的植物物種，是實驗室中的模式生物。
- 化學資訊學：將計算機和資訊科技應用於化學領域的一系列問題的學科。
- 化學位移：與 NMR 相關，化學位移描述了核磁能級對分子電子環境的依賴性。
相關性：這些資訊與迄今為止在本課程中學習的資訊有何關係？使用該網站，可以將您感興趣的分子輸入搜尋引擎，並獲得指向該分子參與的通路列表的連結。對葡萄糖進行此操作時，將顯示在本課程中涵蓋的兩個通路：澱粉降解（也稱為糖酵解）和糖原降解。
MetaCyc 資料庫的主要目標是收集和展示來自各種生物體的實驗研究途徑的資訊。途徑分為五類：生物合成、降解/利用/同化、解毒、前體代謝物和能量的生成以及超級途徑。點選其中任何一個，將以綱要形式開啟更具體的類別。最終會引導到圖形化的單個代謝組。此外還有關於其歷史和關聯途徑的詳細資訊描述。該資料庫也可以透過化合物和反應進行瀏覽，儘管這些部分往往不太詳細。
MetaCyc 允許任何人提交新發現的途徑，但他們毫不意外地要求詳細的、經過實驗驗證的資料，這些資料在任何新增內容被整理之前都會經過仔細審查。
術語:
- 超原子：一組原子，其行為與元素原子相同。
- 前列腺素：一組脂類化合物，存在於多種組織中，由必需脂肪酸合成。細胞有多種前列腺素受體，導致各種作用，從平滑肌收縮到增加脊髓神經元對疼痛的敏感性。
相關性：MetaCyc 與我們在課堂上學習的材料密切相關，因為它是一個綜合性的資料庫，涵蓋了許多相同的途徑，例如糖酵解 I (http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=GLYCOLYSIS)
斯克裡普斯質譜中心：代謝組學科學網頁
[edit | edit source]斯克裡普斯質譜中心的主要目標是為代謝組學領域的科學家提供一個使用者友好的網站。他們提供有關分析工具、代謝組學歷史時間線、全球舉行的代謝組學活動、代謝系統資料庫以及生物資訊學軟體的概況資訊。
術語:
- 病理生理學：異常或患病生物體或其部分的生理學；與疾病或綜合徵相關的功能變化。
- 脂質組學：涉及脂質的研究，不僅研究它們的結構，還研究它們在生理和病理條件下的功能和修飾。
- 外源性：指代謝同化蛋白質或其他代謝物的，氮的排洩量與攝入的代謝物量成正比。
- Ernobiotic：指對生物體或生物系統而言是外來的化學物質或物質。
- 撲熱息痛：一種常見的非處方藥物的通用名稱，用於治療輕微疼痛或發燒。
- GC-MS：氣相色譜質譜法
- CE-MS：毛細管電泳質譜法
- FT-IR：傅立葉變換紅外光譜法
相關性：這個網站與我們在課堂上學習的資訊有關，因為它包含關於途徑和眾多資料庫的完整資訊。其中一個數據庫是 KEGG 途徑資料庫，其中包含所有參與代謝的途徑。它展示了糖酵解、糖異生、檸檬酸迴圈、磷酸戊糖途徑、半乳糖代謝、丙酮酸代謝等途徑，以及數百種其他途徑。點選此處檢視糖酵解途徑 -> http://www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00010.html 這個網站很好地展示了所有途徑如何相互連線在一起。
人類代謝組資料庫
[edit | edit source]人類代謝組資料庫是一個極其全面、免費的電子資料庫，它詳細概述了人類代謝物，將其分為化學、臨床和分子生物學/生物化學資料。
術語:
- 人類代謝組計劃：HMB 是一個雄心勃勃的加拿大專案，始於 3 年多前，其最終目標是“識別、量化和編目”人類組織中可檢測到的濃度大於 1 微摩爾的每種代謝物。
- 生物體液：生物體液，如尿液、血液或汗液。在這個資料庫中，代謝物可以根據其生物體液定位進行分類。
- 化學類別：一個廣泛的術語，用於根據共同特徵對有機和無機化學物質進行分類，將其分為胺類和碳水化合物等類別。該資料庫可以按化學類別進行瀏覽。
- 代謝卡片：該資料庫中代謝物的單個數據表稱為代謝卡片。每個卡片都包含詳細的描述、超過 90 類的資料以及引用的來源。檸檬酸的示例代謝卡片可以在以下位置找到：http://hmdb.ca/scripts/show_card.cgi?METABOCARD=HMDB00094.txt
- TOCSY：全相關譜，其中透過相鄰質子和透過相鄰質子連線的質子的化學鍵的磁化被視覺化。一個
相關性：人類代謝組資料庫與我們的課程相關，因為它非常全面地提供了關於我們一直在學習的所有代謝物的資料。反應中間體和產物，如葡萄糖、3-磷酸甘油酸和檸檬酸，都可以被查詢，並且從 3D 結構到相關疾病的所有資訊都將提供。
KNApSAcK
[edit | edit source]KNApSAcK 是一個Java 應用程式，它以互動式方式顯示生物化學資訊，可以透過生物體或代謝物名稱進行搜尋。KNApSAcK 主要關注特定代謝物的來源和質譜。
術語:
- JRE：Java 執行時環境是一組免費軟體程式，許多網際網路開發人員使用這些程式在使用者的計算機上執行 Java 程式和指令碼。
- Mw +- margin：KNApSAcK 的一個搜尋引數，允許使用者搜尋一個設定數值的質量範圍內的代謝物。例如，用 2 的邊際搜尋 MW: 100 將返回所有分子量在 98 克到 102 克之間的代謝物。
- 門：生物分類的第四個分類等級，位於界和綱之間。藍藻就是一個門。該資料庫允許根據任何指定分類等級進行搜尋，儘管較高的分類等級需要大量時間載入。
- m/z：質荷比，一個物理量，用於對帶電粒子進行詳細檢查。它是質譜研究的關鍵方面，該資料庫高度關注這些資料。
相關性：KNApsAcK 與我們的課程相關，因為它允許比較對不同生物體重要的代謝物。一個嘗試的示例搜尋是檢視藍藻和植物用於光合作用的共同代謝物。
BRENDA
[edit | edit source]BRENDA 的開發者吹噓它是科學界主要的功能性酶資料網際網路儲存庫。這是一個極其強大的系統，它允許搜尋超過 4000 種酶，並提供每種酶的綜合資訊，包括必不可少的反應圖。
術語:
- ECTree：用於描述相關酶的 BRENDA 使用的大綱組織的術語。使用者手冊中氧化還原酶的 ECTree 示例影像
- TaxTree：TaxTree 是 BRENDA 用於按分類法搜尋生物體的互動式顯示。選擇一個生物體或分類法名稱後，將顯示資料庫中與之關聯的所有酶。
- 子結構搜尋：子結構搜尋功能允許使用者實際在骨架式中繪製酶結構的一部分。返回包含所繪製元件的所有酶。
- EC Explorer：一個搜尋功能，允許使用者透過多個標準訪問酶資訊，包括通用名稱、反應，甚至歷史。
- 系統名稱：由酶委員會控制的酶命名風格。酶按四個數字進行分類，分別代表其主要類別、亞類別、子亞類別和序列號，這些數字之間用句點隔開。
相關性：該資料庫的資訊加強了課堂上的內容。課堂上的內容也是該資料庫資料的基礎。
Reactome
[edit | edit source]Reactome 是冷泉港實驗室、歐洲生物資訊學研究所和基因本體論聯盟之間的合作專案，旨在提供一個經過整理的資料庫，該資料庫編目人類生物學中的核心途徑和反應。Reactome 從其領域內的專家處獲取資訊，並由 Reactome 編輯團隊進行交叉驗證，該團隊引用其他資料庫，如 NCBI、Ensembl 和 UniProt。除了人類途徑和反應外，Reactome 還包含來自 22 個非人類物種的推斷資料，包括小鼠、大鼠、雞、河豚魚、蠕蟲、蒼蠅、酵母、兩種植物和大腸桿菌。
Reactome 的當前版本允許按關鍵字搜尋，但也允許更直觀的搜尋方法，允許研究人員檢視資料庫中儲存的大部分資料的對映，並允許從頂層選擇和放大反應。
術語
- Skypainter 工具：Reactome 提供的工具，允許使用者上傳蛋白質或基因識別符號列表，為資料庫生成的反應或通路圖著色。
- 致病圖：顯示與疾病相關的已知基因的染色體位置的圖表。
- Reactome 作者工具：用 Java 編寫的桌面應用程式，用於將新資料輸入 Reactome。使用圖形介面，便於擴充套件或新增反應和通路。
- BioPAX：生物通路資料的通用交換格式的嘗試。
- SBML：系統生物學標記語言；一種可計算機讀取的格式，表示生化反應網路。
- PSI-MI：蛋白質組學標準倡議 - 分子相互作用；一種描述分子相互作用的標準化格式。
相關性：Reactome 資料庫中儲存的大量資料涵蓋了我們在課程中涵蓋的許多通路和反應，例如中間代謝和調節通路。與許多其他代謝組學資料庫一樣，它可以被認為類似於一本包含數千個關於代謝及其相關事件的條目教科書。
《京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路資料庫》是構成京都基因與基因組百科全書的眾多小型資料庫中的一個重要部分。通路資料庫以其廣泛的代謝通路集合及其對通路之間相互連線的處理而聞名，以及其他非代謝細胞相互作用。該資料庫在將基因組、化學和系統功能資訊整合到易於閱讀的格式方面做得非常出色。
沒有新的術語，請欣賞資料庫的以下子部分列表。
- 1.1 碳水化合物代謝
- 1.2 能量代謝
- 1.3 脂質代謝
- 1.4 核苷酸代謝
- 1.5 氨基酸代謝
- 1.6 其他氨基酸代謝
- 1.7 糖類生物合成與代謝
- 1.8 聚酮化合物和非核糖體肽的生物合成
- 1.9 輔因子和維生素的代謝
- 1.10 次級代謝產物的生物合成
- 1.11 外源化合物的生物降解與代謝
資料庫最近被開發為代謝組學資源。一些被設計為代謝組學資源的資料庫旨在幫助進行相關研究的 MS 和 NMR 分析。這些特定資料庫包括生物磁共振庫 (BMRB)、麥迪遜代謝組學聯盟資料庫 (MMCD) 以及芝麻實驗室資訊管理系統的模組。
BMRB 包含超過 270 種純化合物的實驗光譜資料。每個分子條目包括五到六個一維和二維 NMR 資料集，以及化合物來源資訊、溶液條件、資料採集協議和 NMR 脈衝序列。資料庫條目可以透過名稱、單同位素質量和化學位移進行訪問。目前正在開發一個對該資料庫的開放訪問功能，該功能將允許使用者貢獻自己的資料，併為 BMRB 提供支援。
MMCD 包含超過 10,000 種代謝物的的資訊，主要包括從擬南芥代謝物中收集的資料。使用者可以進行包含 MS 和/或 NMR 光譜的查詢。
芝麻實驗室模組收集所有基於代謝組學的實驗方案、背景資訊和特定研究的資料。
文章連結
http://psb.stanford.edu/psb-online/proceedings/psb07/markley.pdf
總體概述：本文提供了開發 CellCircuits 的理由，CellCircuits 是一個開放獲取資料庫，專注於分子網路模型。該資料庫涵蓋了已透過計算推導並在已發表的期刊文章中釋出的模型。本文解釋了該專案的最終目標是彌合分子資料庫之間的差距，即使是包含未經證實的資料的資料庫，以及嚴格管制的通路資料庫。本文的正文不僅探討了 CellCircuits 的原理，還探討了開發 CellCircuits 的計算過程以及一些分子網路模型的示例結果。
術語:
- GO 註解：GO 指的是基因本體論專案，該專案是一個跨多種資料庫對基因進行通用描述的系統。CellCircuits 的開發人員已使用 GO 對跨資料庫的基因進行比較評分。
- 資料處理管道：管道是用於將資料透過執行緒、指令碼和過程，並透過軟體元素鏈進行傳遞的構造。CellCircuits 使用管道從輸入模型中提取文字資訊以進行處理。
- MySQL：MySQL 是一種資料庫管理系統，允許使用者輕鬆設定多平臺資料控制系統，並且非常流行於網際網路應用程式，例如維基百科。CellCircuits 是用 MySQL 構建的。
- 評分模型：評分模型是指用於比較兩組資料的系統。在 CellCircuits 中，評分模型與 GO 資料庫一起使用來比較來自輸入模型的基因集。
- Perl：Perl 是一種流行的程式式程式語言，大量借鑑了 C 語言。CellCircuits 的主要圖形介面是用 Perl 編寫的。
相關性：本文與我們的課程相關，因為它展示了將不斷增長的代謝組學資料整合為科學界普遍可用的形式所涉及的令人眼花繚亂的複雜性。
總體概述 - 本文解釋了 ProMEX 質譜庫資料庫的開發和使用。該不斷擴大的資料庫的目標是允許使用者將未知樣本與已知蛋白質的已確認質譜庫進行比較。本文探討了一些使這成為可能的理論和演算法。
術語
- 元資料：一個常見的資料庫術語，指的是物件的覆蓋資訊，而不是離散點。ProMEX 的開發人員使用它來指代實驗結果和質譜引數的一致性。
- AGI 程式碼：1999 年開發的一種用於對基因進行分類的統一命名系統。AGI 程式碼引用了生物體、染色體編號、基因和基因 ID。關於最初建立擬南芥基因系統的決定的公告可以在以下網站找到：http://mips.gsf.de/proj/thal/db/about/agicodes.html
- LC-MS：液相色譜-質譜法是一種命名不夠創意的資料收集過程，它將兩種技術結合在一起，可以實現對特定化學物質的高度靈敏檢測。ProMEX 的開發人員使用 LC-MS 來區分即使是密切相關的樣本。
- CLR：公共語言執行時是 Microsoft 開發的一種虛擬機器。它為各種平臺上的軟體程式提供了一個執行環境。ProMEX 的用於比較光譜的演算法在 CLR 中執行。
閾值：在將未知使用者提供的樣本的質譜與資料庫中的質譜進行比較時，閾值是指由於不認為匹配而忽略質譜匹配的點。
相關性 - ProMEX 與我們的課程相關，因為它展示了代謝組學領域發展速度之快。使用本文中描述的搜尋演算法，使用者現在可以在快速且高度自動化的過程中從實驗資料中識別未知蛋白質。
校正配體、代謝物和通路
[編輯 | 編輯原始碼]總體概述 - 本文作者解釋了他們的資料庫 Biometa 的目標是提供一個示例，說明需要校正不準確的通路和化學結構。在最初開發該資料庫後，他們想出了工具來驗證其中包含的資料，方法是使用立體化學和化學計量結果，結果發現這些資料存在很高的錯誤率。本文解釋了資料庫和驗證工具的建立過程，以及他們為進行校正所採取的步驟。
術語
- 外源物質：在生物體中可以實驗或臨床檢測到的化學物質，這些化學物質通常不能在生物體內產生，或者在生物體內產生的濃度低於檢測到的濃度。本文作者以外源物質為例，說明了代謝組學驚人的複雜性。
- 反應物和產物：雖然這些術語並不新鮮，但在 BioMeta 中的使用意義重大，因為作者有意避免使用“底物”一詞，認為它不適合他們的目的，因為“底物”可以指酶的反應物或產物，而他們只對催化反應感興趣。
- “模糊”同義詞：為了解決命名不統一的問題，BioMeta 包含同義詞表，識別化合物的常見名稱或通路。如果初始搜尋找不到同義詞，它將被參考一個模糊同義詞表，該表會刪除非字母數字字元並將所有字母大寫，以進行更寬鬆但仍是自動化的比較。
- ElemCount：ElemCount 是 BioMeta Compounds 資料表使用的一個欄位，它涵蓋化合物中每種元素的原始數量。可以進行搜尋，指定最小或最大數量。
- Molfiles：Molfiles 是小分子化合物的微小結構描述，可以由開發人員的化學結構軟體快速分析和驗證。
- 規範化：將多個同義資料引用識別為單個引用的概念。開發人員使用的驗證工具在大多數步驟中都大量使用規範化，以減少重複比較和錯誤報告。
相關性 - 本文與我們的課程相關，因為它解釋了隨著代謝組學資料量激增和增長速度不斷加快，錯誤不可避免的邏輯必然性。作者提供了一些關於如何解決這個問題以及進行解決的必要性的見解。BioMeta 資料庫的化合物查詢視窗。
人類代謝組資料庫 (HMDB) 建立於 2004 年，其明確的目標是像人類基因組計劃解開我們遺傳密碼的奧秘一樣，對人類的整個代謝組進行目錄編制。本文涵蓋了資料庫中包含的資訊，包括化合物描述、同義詞、理化結構、疾病關聯、通路資訊以及核磁共振譜和質譜等；資料庫中的每個條目都包含 90 個條目，其中填充了相關資訊。本文還充當資料庫的設計文件，詳細介紹了資料庫的構建方式，以便高效地進行搜尋，並解釋了資料庫的質量控制和管理。
HMDB 建立在 MySQL 資料庫之上，該資料庫作為圖形網頁介面的後端。資料庫中找到的原始文字透過特殊的 Perl 指令碼轉換為 HTML，這些指令碼還會生成連結和圖形。MySQL 資料庫是稱為 MetaboLIMS 的通用代謝組學 LIMS 系統的一部分，該系統利用 Java 處理輸入和查詢。
資料庫的穩健性使研究人員能夠從多個不同的角度進行搜尋，包括透過化學結構、BLAST、單序列和多序列、MS 和 NMR 譜，以及透過 GLIMPSE 進行布林文字搜尋。
術語
- 生物標誌物：可用於檢測或測量疾病或治療效果的生化特徵。
- 醫學資訊學：資訊科學的一個領域，主要涉及透過使用計算機對醫學資料的分析和分發。這些資料可以應用於醫療保健和醫學的不同領域。
- GLIMPSE：全域性隱式搜尋；一種用於搜尋檔案系統的索引和查詢方案。
- SimCell：一種代謝模擬軟體包，它在細胞水平上對複雜的代謝通路進行建模，並提供酶促過程的即時動畫。這些動畫還可以由軟體包繪製成圖表。
- 營養基因組學：研究食物如何與基因相互作用，從而增加慢性病的風險因素。
相關性：HMDB 中包含的資訊可以透過我們迄今為止涵蓋的所有課程進行追蹤。HMDB 中包含的許多代謝物在教科書和課堂講座中都直接討論過。當然，這只是文字資訊和本文之間的表面聯絡，因為 HMDB 和其他代謝資料庫實際上涵蓋了代謝世界的大部分，因為它們充當了儲存所有過去和未來研究資料的儲存庫。
KEGG 資料庫的建立旨在提供分子和遺傳相互作用的示意圖，以幫助理解生物系統。它的建立部分源於人類基因組計劃的完成，作為一種將海量資訊放在系統中適當位置的方式。KEGG 透過與 DBGET 工具整合連線到 DNA 和蛋白質資料庫，該工具用於跨資料庫進行搜尋。
術語
- DBGET：一個整合的資料庫檢索工具，用於跨資料庫進行搜尋。
- GenomeNet：一個建立基因組研究和相關領域的網路框架的網路。
- Φx174：包含 11 個基因的小病毒基因組；第一個被測序的病毒之一。
- 超家族：對蛋白質進行分類的方案。
- 勃林格圖表：經典的生物學通路圖表。
相關性：KEGG 資料庫只是資料庫長鏈中的另一個條目，這些資料庫總結了我們在課堂上學習的大部分代謝通路資訊。
文章和網頁供審查和納入
[edit | edit source]植物生理學 141:1205-1218 (2006)