Lw——代谢组学

代谢组学代谢组（metabolome）：基因组的下游产物也是最终产物，是一些参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长功能和生长发育的小分子化合物的集合，主要是相对分子量小于1000的内源性小分子。代谢组学（Metabonomics/Metabolomics）：通过考察生物体系（细胞、组织或生物体）受刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或其随时间的变化，来研究生物体系的一门科学。代谢组学定义代谢物更多地反映了细胞所处环境，这与细胞的营养状态、药物和环境污染物的作用以及其它外界因素的影响密切相关；细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放，能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的；基因组学和蛋白质组学能够说明可能发生的事件，而代谢组学则反映确实已经发生了的事情；代谢组学是系统生物学重要组成部分；代谢组学为什么研究代谢组学？转录组学•研究核糖核酸转录过程蛋白质组学•研究生物系统表达的蛋白质及由外部刺激引起的差异基因组学•研究生物系统的基因结构组成,即DNA的序列及表达代谢组学•研究生物体系(细胞,组织或生物体)受外部刺激所产生的所有代谢产物的变化系统生物学DNAmRNA细胞蛋白质代谢物组织个体转录组学蛋白质组学代谢组学转录组蛋白质组代谢组基因组学基因组代谢组学优点基因和蛋白表达的有效的微小变化会在代谢物上得到放大，从而使检测更容易；代谢组学的技术不需建立全基因组测序及大量表达序列标签（EST）的数据库；代谢物的种类要远小于基因和蛋白的数目，每个生物体中代谢产物大约在103数量级，因为代谢产物在各个生物体系中都是类似的，所以代谢组学研究中采用的技术更通用；1、不能将生物体所有的代谢产物全面涵盖，活的生物体的内在生物学变化，大多实验仪器存在动力学局限性，导致代谢物的化学复杂性；2、技术难题：代谢组学中的主要技术难点在于分析物浓度的动态范围；代谢组学局限性代谢组学研究对象和方法TEXT研究对象抗炎活性组分代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物。其样品主要是体液以及细胞和组织的提取液。TEXT研究方法分析方法运用现代分析技术对目标物随时间变化的代谢物浓度进行检测，结合有效的模式识别方法进行定性、定量和分类，并将这些代谢信息与病理生理过程中的生物学事件关联起来，从而了解机体生命活动的代谢过程。TEXT技术平台验证鉴定结果主要技术手段是核磁共振（NMR），液-质联用（LC-MS），气-质联用（GC-MS），色谱（HPLC，GC）等代谢组学研究流程样品采集样品预处理代谢物分析-数据采集数据分析生命现象的解释代谢组指一个细胞、组织或器官中所有代谢组分的集合，尤其指分子质量为1,000以下的小分子物质。代谢组学研究的主要应用领域药物研发疾病研究微生物代谢组学植物代谢组学药物筛选药效及毒性评价作用机制和临床评价病变标记物的发现疾病的诊断治疗和预后的判断代谢途径及微生物代谢工程发酵工艺的监控和优化微生物降解环境污染物不同基因型植物的代谢物组学表型研究某些生态型植物的代谢物组学受外界刺激后植物自身免疫应答•提出问题（生理）√–历史上玫瑰有浓郁香味–现代玫瑰消失了香味•代谢上的差异•查找导致代谢不同的原因•找到相关的基因•潜在的运用实例1：RoseScent:GenomicsApproachtoDiscoveringNovelFloralFragrance–RelatedGenesFig1.RoseflowersofcultivarsGoldenGate(GG)andFragrantCloud(FC)atdifferentdevelopmentalstages.黄玫瑰有香气，从第四阶段开始。•提出问题（生理）•代谢上的差异√–与香气有关的化合物的差异•查找导致代谢不同的原因•找到相关的基因•潜在的运用有香气的玫瑰释放出芳香化合物，时机是在花瓣发育的后期。→收集挥发物→GC-MS分析实验A：比较FC和GG的挥发物差异。实验B：比较花瓣不同阶段的挥发物。香气物质FCGG香气物质后前•提出问题（生理）•代谢上的差异•查找导致代谢不同的原因√–基因表达差异–差异基因中，有与挥发物合成相关的•找到相关的基因•潜在的运用构建EST文库（4期FC和GG）随机挑选克隆测序FC：1834克隆GG：1039克隆功能注释比较表达丰度高的基因FC中香气物质合成相关的基因（推测）表达高。对比两种玫瑰花瓣的基因表达FC/EST文库→1834克隆→功能注释→分类→选出350基因做芯片探针350探针putativefunctions:因为两种花瓣在大小/颜色等有差异（科学家的经验）。primaryandsecondarymetabolism,development,transcription,cellgrowth,cellbiogenesisandorganization,cellrescue,signaltransduction,andESTswithunknownfunction.结果：找到40个基因，既在FC中表达高，又在FC4中表达高。比较：FC4和GG4，FC1和FC440个基因中，部分基因注释（推测）功能和表达样式挑选有代表性的基因（FC0592）做下一步实验。1、序列比对：与已知功能的基因，相似性高；2、Northern杂交检验表达的时空特性：与微阵列数据作用重叠，用一种技术的结果验证另一种技术的结果；3、离体证据：体外实验证明能催化香气合成反应；4、FC中大根香叶烯产生的时空与基因表达；5、FC挥发物中有大根香叶烯；FC0592功能验证：•找到相关的基因√FC0592编码的蛋白是大根香叶烯合酶，参与了玫瑰香气的产生实例2：3min400种代谢物LC-MS/MS分析方法有效提高代谢组研究通量UHPLC-MS方法应用于创伤性型小鼠与代谢物关系分析现象：创伤性小鼠体液中琥珀酸具有明显的差异性；研究方法：小鼠创伤性和正常小鼠同时进行13C515N2-glutamine静脉注射，基于建立的UHPLC-MS方法追踪受伤小鼠和正常小鼠肺中具有同位素标记的琥珀酸含量；同位素标记代谢物谷氨酰胺、琥珀酸具有在创伤性小鼠体内具有明显的上调趋势，谷氨酰胺通过谷氨酰胺分解途径产生的谷氨酰胺进入TCA代谢途径，促进琥珀酸的积聚。验证了作者提出的受伤小鼠会促进琥珀酸累计。