课程-代谢组学简介与应用


代谢组是指机体内参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长发育功能的相对分子量小于1000的内源性小分子化合物的集合。与基因组相比,代谢组与表型最为接近,更能直接反映机体对环境的应答,同时环境对代谢组的影响也是最大的,环境对生物体的影响也是最终体现为代谢物的变化。


腻了基因组、转录组和蛋白组了?或许你可以试试代谢组。代谢组是指机体内参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长发育功能的相对分子量小于1000的内源性小分子化合物的集合。与基因组相比,代谢组与表型最为接近,更能直接反映机体对环境的应答,同时环境对代谢组的影响也是最大的,环境对生物体的影响也是最终体现为代谢物的变化。因此有人说过,“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能发生,而代谢组学则告诉你什么确实发生了”。





代谢组技术发展几十年来,检测平台从核磁共振到质谱仪,检测方法从低通量到高通量,技术不断在发展,应用领域不断拓宽,已广泛应用于疾病诊断、药物研发、植物学、毒理学、人类健康等方面。那么代谢组学的研究方法是怎样的?代谢组学可以应用于哪些方向领域?代谢组学数据要如何分析才出众?

这些问题我们都会在第27期Omicshare在线课堂“代谢组学简介与应用”中进行讲解。



本期课堂内容:
1.代谢组学的技术简介;
2.代谢组学的研究分析方法以及与其他组学联合分析的思路;
3.代谢组学在各个领域的应用。
交流时间:
12月8日(周四)下午16:00
交流嘉宾:
基迪奥产品经理-小师妹
问1:差异的显著性用什么统计学方法检验的?T-test吗?
答:理论上,所有的统计方法都是通用的。但代谢组常用多变量统计方法PLS-DA的方法做差异分析,同时结合单变量统计方法如T test、方差分析,和差异倍数。

问2:可以使用nmds代替PLS-DA分析吗?或者PCoA?
答:nmds、PCoA 都是相似方法,属于无监督的分类算法。但PLS-DA属于有监督的分类算法,不能使用前两者替代。PLS-DA是代谢组数据分析的常用方法。

问3:代谢组学能用于研究一个样品的代谢吗?我是指我的样品是单一组分可以。
答:当然,代谢组不就是研究代谢物的么,那就是目标代谢物分析啊。

问4:代谢组学可以检测血清的激素变化么?
答:可以

问5:哪里会有代谢物通路关系数据库呢?
答:KEGG数据库。

问6:代谢通路用的什么软件啊?
答:KEGG。 KEGG的通路就有代谢物啊,只是大家平时是看基因,忽略了。kegg 除了基因就是代谢物。

问7:做动物实验是不是需要取动物的各种组织?
答:是的。和RNA-seq逻辑相同,测什么取什么。

问8:有3个问题想请教下:1.RSD值是通过QCsample运算的吗? 2.时间序列代谢组需要样本收集好一起测吗?  3. 由于我们样本很特殊,处理组只有人血的4个样本,没法再取,但是同质性很好。请问这样可以发文章吗?
答:1.RSD是利用重复间计算的;
2. 是的。要一起测,否则有批次效应。质谱仪本身不大稳定,分批测误差会比较大;
3. 可以。6+个重复是经验值,也不是定律。

问9:重复间计算,是指通过用全部重复样本测吗?
答:是的,RSD 就是 CV(变异系数)

问10:土壤微生物的代谢可以做吗?但是一般激素含量都比较低,非靶向性可能不太精准,可又想大规模的去检测,怎么办啊?
答:推荐广泛靶向代谢组,既可以高通量检测代谢物,又可以准确定量。

问11:那广泛靶向性是指购买很多激素的标准品,去检测么?那还是检测的已知的,人为的去选取,不能大规模筛选吗?
答:广泛靶向代谢组学既有非靶向代谢组学的优点也有靶向代谢组学的优点。这种广泛靶向的是不需要标准品的,这项技术是在前期已经建立了公共数据库以外的更多的代谢物,他的数据库更加完善,可以检测到更多。并且这个技术使用的是三重四级杆,这个是使用在靶向代谢组学上的技术,所以说它具有靶向代谢组的优点。

问12:代谢组会不会也存在像转录组测序深度等等的不同?
答:不存在这个问题。代谢物在物种间高度保守。

问13:差异倍数的P值是怎么来的?怎么重构代谢通路?怎么通过已知代谢物预测未知代谢物?    启动子区显著富集是怎么做的?怎么确定转录组和代谢组取样时间。重构了水稻生长发育及营养成分相关的重要代谢通路网络。(这种代谢通路网络怎么重构啊?)
答:1.一般是t test;
2. 3:基于调控网络;
4. 分析TFBS的富集;
5. 一同取样,没有问题;
6. 基于共表达网络和KEGG数据库里的已知代谢通路。

问14:代谢组也是3个重复吗?

答:植物可以做6个重复,最少需要3个;动物与人一般推荐10个重复,最少6个。如果是临床样品那么需要更多的重复数,至少30个,一般是50-60个。


问15:我用液质联用测细菌里面的cAMP,为什么测不出来呢?标准品是可以买到的cAMP干粉,样品是超声裂解过滤后的细菌上清?
答:应该是提取的问题;标准是否可以测到。
问:是不是含量太少就测不到?
答:有可能。这意味着,你的提取方法不够优化。
问:我不测组学就想靶向测定cAMP。
答:目标靶向代谢物检测需要 case bycase 确定
问:我的样品是多个细菌样本,想用液质联用测定里面的cAMP差异。
答:不同组学的时间差可以忽略不计。

问16:人类肠道的微生物宏基因组与血液代谢组学的联合好一些?还是和粪便的代谢组学联合好一些?
答:如果是研究人类肠道的话,建议与粪便的代谢组学联合;如果是血液代谢组的话有可能测的结果是人类的,而不是微生物的的。

问17:临床上代谢组学用血清,血浆那个好?
答:主要是看这个代谢物是在血清里面多,还是在血浆里面多。

问18:有些代谢物的提取直接用水提法可以吗?还是一定要用甲醇、乙腈等?
答:代谢物的提取一般都不会用到水提法,一般用甲醇以及其他有机试剂。具体问题具体分析。

问19:微生物的代谢组分析可以是肠道微生物的混合样品吗?还是可以关注某个微生物的代谢通路?
答:如果代谢物可以检测出来,那么就可以检测微生物的代谢通路。

问20:微藻代谢组学,重复间差异比较大可能是怎么回事?准备了多瓶藻,同样的培养条件。
答:做代谢组重复间差异比较大是正常的,因为代谢物对环境变化的感应很强,不同样品的重复差异是比较大的。所以代谢组需要准备多一些的重复样品。

问21:可以删掉异常组吗?
答:可以。这个异常还有可能是检测的误差

问22:微生物的代谢分析可以与寄主的代谢分析联合吗?我关注的是共生菌;可以把每种共生菌的代谢通路都分析出来吗?
答:如果是共生菌,前期提取的时候可以一起提取代谢物。提取之后再对代谢物进行检测,检测出来的代谢物是微生物与寄主共同的代谢物,然后通过比较分析、差异分析,并且前期的文献查资料可以判定检测出来的代谢物跟代谢通路是属于哪种菌的。

问23:那能区分哪一个是寄主的代谢产物,哪个是哪种微生物的代谢产物吗?
答:除非宿主和病原的代谢物严格不同,否则无法区分;相同代谢物在物种是相同的,除非,我们已知某个代谢物宿主没有,而病原有。

问24:代谢组和转录组如何做联合分析。
答:主要是通过KEGG代谢通路与调控网络将两个组学的数据联合分析。可以参考相关文献案例。

问25:代谢组和转录组的样品取样时间可以不一致?
答:建议取样时间一致。比如在前面讲到的案例中,在做代谢组的时候,取6个时间点,发现其中3个时间点变化比较大,然后做这3个点的转录组分析。反之亦然。如果一开始在项目就计划做代谢组与转录组,那么在制备样品的时候可以多制备一份样品。

问26:可不可以同时取样,但是先做代谢组,然后过一段时间再做转录组可以么
答:我们比较建议这种方法,同时取样。一份做代谢组一份做转录组。

问27:代谢组变化后,转录组应该已经变化过了吧?
答:可以同步测的。实际上机体应答速度很快。时间差基本可以忽略不计。

问28: 代谢过程和基因表达肯定有关系,比如小麦花药四分体时期和单核期、三核期应该有很大差异。那么,我们用四分体时期的转录组对三核期的代谢组分析还可以吗?
答:代谢组不是基因序列,和基因组没有直接关系。应该使用同个时期,逻辑没法说。


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基迪奥产品经理小师妹,具有多年高通量测序与产品方案包装经验,精通转录调控相关研究。小师妹心思缜密,她的课程总能发现常人研究看不到的点,总会给你带来意外收获。

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