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代谢组学常见问题(一):基础理论篇

发布日期:2020.03.23 浏览次数(545)

图片关键词

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什么是代谢组学?

代谢组学(Metabonomics/Metabolomics)是20世纪90年代末期发展起来的一门新兴学科,是研究关于生物体被扰动后(如基因的改变或环境变化后)其代谢产物(内源性代谢物质)种类、数量及其变化规律的科学。
代谢组学着重研究的是生物整体、器官或组织的内源性代谢物质的代谢途径及其所受内在或者外在因素的影响及随时间变化的规律。代谢组学通过揭示内在和外在因素影响下,生物体的代谢整体的变化轨迹来反映某种生理或病理的一系列发展过程。

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代谢组学有哪些研究方式?

根据有没有研究目标或方向来确定,在不确定代谢物或者代谢途径时可使用非靶向代谢组学寻找切入点,在有目标时则使用靶向定量进行深入研究,针对性研究脂质的则可以使用脂质组学技术。另外最新的,谱领生物还提供基于稳定性同位素示踪技术的代谢流组学技术服务来研究代谢流量问题。

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代谢组学特点有哪些?


(1) 代谢处于系统生物学的末端,更能反映基因与外部环境互作的真实情况,因此,在多数生物表型研究上更加适用。
(2) 常规代谢组学只关注内源性化合物,也有使用代谢组学技术测定外源性化合物的。内源性化合物的上调和下调指示了与疾病、毒性、基因修饰或环境因子的影响。
(3) 高通量定量和定性研究生物小分子化合物。
(4) 内源性化合物的结果可以作为疾病的诊断、药物筛选或者其他分型评估等潜在生物标志物。

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什么是非靶向代谢组学、靶向代谢组学?

(1) 非靶向代谢组学(Untargeted metabolomics)即非目标代谢组学或发现代谢组学,无偏向性地对所有小分子代谢物(一般相对分子量小于1000)同时进行检测分析的代谢组学。
(2) 靶向代谢组学(Trgeted metabolomics)则为目标性代谢组学,着重对于设定好的目标代谢物进行定性、量检测分析和研究。

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什么是脂质组学?脂质组学有哪些应用前景?


脂质组学是对整体脂质进行系统分析的一门新兴学科,是代谢组学的一门细化技术,脂质组学通过比较不同生理状态下脂代谢网络的变化,进而识别代谢调控中关键的脂生物标志物,最终揭示脂质在各种生命活动中的作用机制。
脂质组学主要使用的设备为超高效液相色谱串联质谱(高分辨质谱和三重四极杆质谱),该类设备目前已能对各种脂质,尤其是磷脂进行高分辨率、高灵敏度、高通量的分析。随着质谱技术的进步,脂质组学在疾病的脂质生物标志物的识别、疾病诊断、药物靶点及先导化合物的发现和药物作用机制的研究等方面已展现出广泛的应用前景。

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相比于其他组学,代谢组学有哪些特殊的优势?

系统生物学有基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学。
代谢组学作为系统生物学的一个重要的分支,与其他组学相比有着其特有的优势,主要体现在以下几点:
(1) 基因与蛋白质表达的微小变化会在相应代谢物水平上得到放大,更容易被检测。
(2) 代谢物的种类要远小于基因和蛋白的数目。
(3) 可与生物表型变化建立直接相关性。
(4) 目前基因和蛋白质功能的研究相对有限,大多基因和蛋白的功能未知。而很多内源性小分子化合物的生化代谢网络已有深入研究,更容易进行生物意义分析。

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代谢组学有哪些应用?

近年来,代谢组学技术得到了迅速发展,主要可应用于:
功能基因组学、疾病早期诊断、病因病机研究、药物毒理学、中医药现代化、植物代谢组学、微生物代谢组学、营养学、环境科学等生命科学的各个领域。

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为什么要选择代谢组学?

在问答这个问题之前,首先需要明确的是代谢组学的目标分析物主要为生物小分子及其代谢产物,如糖、有机酸、脂质、维生素、氨基酸、芳香烃之类等化合物。所以,如果关注的是小分子物质,那么采用代谢组学的方法,可以对样品内检测到的小分子物质进行定性、定量分析。
其次,不同于基因组学和蛋白组学,代谢组学的研究反映某一时刻下正在发生的生命活动情况,研究代谢物的表达量、代谢物与生理病理变化的关系,能够帮助寻找新的生物标记物,发现新的代谢途径,以及更进一步深入了解目前已知的这些途径,应用于疾病的早期诊断、药物靶点的发现、疾病的病理生理研究。

END

下一节,我们继续讲解代谢组学仪器方面的基础知识。




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