帶你正確認識代謝組學

我們知道細胞內的生命活動由眾多基因、蛋白質、以及小分子代謝產物來共同承擔，而上游的（核酸、蛋白質等）大分子的功能性變化最終會體現於代謝層面，如神經遞質的變化、激素調控、受體作用效應、細胞信號釋放、能量傳遞和細胞間通訊等，所以代謝組處於基因調控網路和蛋白質作用網路的下游，所提供的是生物學的終端信息。如同我們在長江的上游建大壩或對江水改道，這些項目的生態影響會在下游的河道和地域體現出來一樣，我們經常說，基因組學和蛋白組學告訴你可能發生什麼，而代謝組學則告訴你已經發生了什麼。

什麼是代謝組學？代謝組學是用來解決什麼問題的？

代謝組學（Metabonomics/Metabolomics）是20世紀90年代末期發展起來的一門新興學科，是研究關於生物體被擾動後（如基因的改變或環境變化後）其代謝產物（內源性代謝物質）種類、數量及其變化規律的科學。代謝組學著重研究的是生物整體、器官或組織的內源性代謝物質的代謝途徑及其所受內在或者外在因素的影響及隨時間變化的規律。代謝組學通過揭示內在和外在因素影響下代謝整體的變化軌跡來反映某種病理生理過程中所發生的一系列生物事件。

代謝組學的研究對象與層次有哪些？

一般來說，代謝組學關注的對象是分子量在1000以下的小分子化合物。根據研究的對象和目的不同，科學家將生物體系的代謝產物分析分為4個層次：

代謝物靶標分析：某一個或幾個特定組分的定性和定量分析，如某一類結構、性質相關的化合物（氨基酸、有機酸、順二醇類）或者某一代謝途徑的所有中間產物或多條代謝途徑的標誌性組分。

代謝物指紋分析：同時對多個代謝物進行分析，不分離鑒定具體單一組分。

代謝輪廓分析：限定條件下對生物體內特定組織內的代謝產物的快速定性和半定量分析。

代謝組分析：對生物體或體內某一特定組織所包含的所有代謝物的定量分析，並研究該代謝物組在外界干預或病理生理條件下的動態變化規律。

代謝組學可以檢測的樣品種類有哪些？

代謝組學主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產物的小分子代謝物（分子量<1000）。其樣品主要是血漿或血清，尿液，唾液，以及細胞和組織的提取液。我們也和一些公司或單位（如煙草公司、茶葉公司、制酒公司、酸奶公司、醫院等）合作，做過植物，真菌，微生物提取物，腦脊液，淋巴液，昆蟲血淋巴，羊水，卵泡液，膝蓋滑液，眼淚，精液，胎盤，糞便及腸道內容物提取液等。

一般代謝組學能檢測出多少物質？

不同的質譜平台靈敏度及偏向性都不一樣，而且不同平台之間具有互補性。一般來說GC/MS檢測血清樣品能準確定性的物質約200個左右，檢測尿液樣品定性的物質約200個左右，其他樣品（如肝臟，糞便，腸道內容物）也在幾百這個數量級。如果採用全二維GC/MS，物質的數量要更多，可達1千以上。LC/MS檢測物質的數量要遠比GC/MS多，但能準確定性和定量的不多，視不同的平台(TQ、QTOF等)能達到幾十至2-3百個物質。

樣品收集方法及所需樣本量？

• 微生物和細胞樣本：迅速鈍化代謝活動（淬滅），同時保持細胞不裂解；

• 動物體液（如尿、血、組織、器官、唾液）：採樣後要迅速預處理，如加入抗凝血劑、防腐劑，並立即冷凍處理（-80 ℃）；

• 植物樣本：採集後迅速冷凍（液氮），然後轉入-80℃保存，200mg/例；

• 血清樣品：150uL/例，一定避免反覆凍融。血液收集在離心管中靜置30分鐘進行凝血。8000rpm離心10分鐘，取上清分裝到凍存管中，放置液氮中或-80度凍存；

• 尿液樣品：200uL/例，原則上可以多取一點，記錄尿液總體積，臨床樣本請全部取清晨第一次尿液。尿液直接分裝到離心管中，8000rpm離心10分鐘，取上清分裝到凍存管中，放置液氮中或-80度凍存，-80度凍存；
• 其他樣本收集辦法請諮詢本司工作人員

選擇代謝組學作為科研技術手段的優勢有哪些？

• 代謝組學的研究處於生物信息流的中游，介於基因、蛋白質和細胞、組織之間，在生物信息的傳遞中起到承上啟下的作用。

• 小分子的產生和代謝是基因表達的下游產物，生物體液的代謝產物分析能夠更直接，更準確的反映生物體的病理生理狀態。

• 代謝物的種類少，大約在103個數量級，要遠小於基因和蛋白質的數據，物質的分子結構要簡單得多，分析起來更簡單明了。

• 代謝組學的代謝物信息庫簡單，它遠沒有全基因組測序及大量表達序列標籤的資料庫那麼複雜。

• 基因和蛋白質表達的有效微小變化會在代謝物上得到放大，從而使檢測更容易。

• 代謝產物在各個生物體系中都是類似的，所以代謝組學研究中採用的技術更容易在各個領域中通用，也更容易被人接受。

代謝組學的研究領域有哪些？

• 疾病機制研究

• 疾病診斷與防治

• 新葯篩選和開發

• 藥物作用機制的研究

• 藥物毒性評價

• 植物的細胞代謝組學研究

• 微生物代謝組學研究

為什麼選擇氣相色譜-飛行時間質譜儀（GC/TOF-MS）

氣相色譜-飛行時間質譜儀在20世紀90年代取得了重大技術突破。由於飛行時間質譜理論上無質量限制，掃描速度和離子採集效率非常高，因此迅速應用於生物領域研究。

GC/TOF-MS儀中時間飛行質量分析器結構簡單，具有快速的掃描和高效的離子採集等特點，質量範圍寬，其採集信息範圍遠大於傳統的GC/MS,甚至達到500張全譜圖/s,對於代謝組學生物物質的全譜分析，GC/TOF-MS的應用前景非常廣闊。

關於麥特繪譜生物科技(上海)有限公司(Metabo-Profile)

專註於精準醫學和健康領域的代謝組學技術服務，致力於成為全球代謝組學研究者的首選合作夥伴。擁有國際領先的代謝組學分析技術平台，能夠為臨床、藥物、植物、細胞、食品及環境等各學科提供分析服務，同時還擁有領先的生物信息學數據後處理軟體，能夠對採集的大數據進行各種統計學分析和代謝通路分析。

麥特繪譜為工業界合作夥伴和科研合作者提供一站式代謝組學解決方案的同時，還不斷致力於基於代謝組學的精準醫療和大健康產業相關產品的研發，著力推動個體化醫療服務進展。是一家集科技服務、健康檢測及產品研發為一體的高新科技企業。

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