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代谢组学,你值得关注的next omics

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    发表于 2016.11.7 18:03:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
    “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。”                                       
    ——BillLasley, UC Davis




    系统生物学是近年来火起来的一个新概念新学科,与单一的“基因组学”“转录组学”“蛋白质组学”等各种组学不同的是,系统生物学是将机体内的基因、转录本、蛋白质、生物小分子代谢物等各个层次整合在一起研究,从整体上探讨生物学问题。

    在这些层次当中,基因组、转录组方面的研究已经比较成熟,蛋白质组研究技术也在不断地完善中,而生物小分子代谢组分的研究才刚起步不久。而由于生物体内代谢物与表型最为接近,代谢物的变化更能直接地揭示基因的功能,因此,代谢组学正越来越受到广泛的关注,在基因组、转录组和蛋白质组研究渐趋成熟之后,代谢组学研究将是后基因组时代的重要研究趋势之一。




    什么是代谢组?

    代谢组(metabolome):指参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长发育功能的小分子化合物的集合,主要是指相对分子量小于1000的内源性小分子。代谢物包括初生代谢物和次生代谢物。初生代谢物包括糖类、氨基酸、脂肪酸等;次生代谢物包括酚类、萜类、黄酮类、生物碱、含硫化合物等。

    在植物中,代谢物多达20多万种,包括了植物激素、信号通路调控因子、药用成分等。与基因和蛋白组相比,代谢物更能反映细胞所处的环境以及外界影响,因此对这些代谢物的研究在植物生长发育、逆境胁迫、药用价值研究中发挥着重要的作用。在刚刚举办完的2016全国植物生物学大会上,不少报告都是与植物代谢物相关的研究,可见植物代谢物研究的热门性和重要性。

    在人体及模式动物疾病研究中,代谢物相对于基因表达与蛋白表达,反应疾病状态的速度要更快,更能反映出疾病生理特征。因此代谢组学在寻找疾病biomarker、阐明疾病发生重要代谢通路、揭示复杂疾病致病基因与易感基因、药物研发等领域有着潜在的重要作用。

    什么是代谢组学?

    代谢组学(metabolomics):指对某一生物、组织或细胞中所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析,并寻找代谢物与生理病理变化的相关关系的一门科学。随着高通量检测技术的快速发展,代谢组学已经渗透到多个领域,如疾病诊断、药物研发、植物学、毒理学、人类健康等。

    代谢组学研究方法


    目前代谢组学研究方法主要有两种:

    1.非靶向代谢组学


    又称代谢全谱,是在组学水平检测生物体所有的代谢物,并比较不同样本代谢产物的差异。该方法通量高,但灵敏度低,定性和定量都不太准确,难以检测低丰度的代谢物。

    2.靶向代谢组学

    是指对单个或少量目标代谢物进行检测,用同位素做内标可做到绝对定量,检测灵敏度高、定量准确、特异性强,缺点是通量低,需要使用标准品。靶向代谢组学包括应用广泛的多重反应监测(MRM)、与人类疾病密切相关的脂质代谢组学等。

    非靶向代谢组学与靶向代谢组学的关系就如全基因组测序与目标区域测序,一个关注整个组学水平上的变化,另一个特异关注某几个特定目标。正所谓鱼与熊掌不能兼得,这两个方法各有优缺点,那么,有没有一种方法,既能广泛检测生物体内所有的代谢物,又能准确定量单个目标代谢物呢?

    确实有哒!近年来发展起来一种叫做“广泛靶向代谢组(widely targeted metabolomics)”的技术[1],既可获得样本代谢全谱,也可准确定量单个目标代谢物,实现了鱼与熊掌兼得的目的。广泛靶向代谢组能够同时对超过1000个代谢物进行定性与定量分析,采用MIM+EPI检测方法,灵敏度高,能够批量准确鉴定代谢物,更能发现低丰度代谢物。


    三种代谢组学技术比较



    到了大家最关心的问题了:如何研究代谢组学?能发高分文章吗?发文思路?

    可以这么说,一般很少会只做代谢组分析就发文章的,这样的文章就跟只做个转录组分析找出差异基因就完事一样,分数普遍较低。除非是像疾病biomarker这样热门的领域,有重大意义科研成果的话就可以发很高分的文章,比如这篇文章:Plasma phospholipids identify antecedent memory impairment in older adults. 利用代谢组技术寻找预测阿尔茨海默症标志物,发表在Nature Medicine上,IF30.35。

    在这个系统生物学和功能基因组时代,将多个组学联合运用、从整体上解释生物学问题才是大势所趋。所以代谢组学一般会和基因组、转录组等联合分析,深入解释功能基因、表达调控等问题。下期,我们将会详细讲述代谢组学如何与转录组、基因组关联起来,并且会对高分文章进行解读,帮助你更好地理解。



    参考文献:
    [1] Chen W, Gong L, Guo Z, et al. A novel integrated method for large-scale detection, identification, and quantification of widely targeted metabolites: application in the study of rice metabolomics[J]. Molecular plant, 2013, 6(6): 1769-1780.

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    期待後面的分享~感謝這個論壇~每天都給我新鮮好玩的東西~

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    fengqiu 发表于 2016.11.10 20:34
    公司准备提供代谢组测试了吗

    是的是的
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