代谢组学技术及其在临床研究中的应用

在后基因组时代, 系统生物学研究成为人们关注的焦点。转录组学、蛋白质组学等功能基因组学研究方法可同时检测药物或其他因素影响下大量基因或蛋白质的表达变化情况, 但这些变化不能与生物学功能的变化建立直接联系。代谢组学方法则可为代谢物含量变化与生物表型变化建立直接相关性。代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的含量, 进行全面代谢物分析需要分析化学技术的支撑, 核磁共振和基于质谱的分析技术是代谢组学研究的两种主要技术手段。代谢组学研究可产生大量数据信息, 对这些数据进行分析离不开化学统计学的应用, 比如主成分分析、多维缩放、各种聚类分析技术以及功能差异分析等。文章综述了近年来代谢组学分析技术及数据分析技术的研究进展, 在此基础上, 对代谢组学在临床研究及临床前研究中的应用研究进展进行了综述。对疾病代谢表型图谱的研究有助于人们了解疾病发生、发展以及致死的机制; 在临床条件下, 这些代谢图谱可以作为疾病诊断、预后以及治疗的评判标准。代谢物组成的变化是毒物胁迫对机体造成的最终影响, 利用代谢组技术可以直接反映毒物对机体的影响。质谱技术、核磁共振技术的应用使得药物筛选过程可以快速完成, 并有助于实现个性化用药。此外, 利用代谢组学技术还可以进行已知酶的新活性研究, 也可以研究未知酶。     

代谢组学技术在营养学研究中的应用

代谢组学可以系统性地研究生物体受到扰动或干预后整体代谢水平的变化。文章概述了代谢组学技术的生物样品采集与制备、分析技术、数据处理与统计分析、差异代谢物结构鉴定与代谢通路分析等方法与步骤及其在营养学研究领域中的应用,展望了代谢组学技术在营养学研究领域的应用前景,以期为下一步的研究提供参考。     

菌物代谢组学应用及存在的问题

代谢组学是一个可灵敏捕捉各种生物或非生物因素导致的供试样本中小分子代谢成分变化及其规律的实验方法,被广泛应用于生理生化、病理药理、生物工程、化学生态等很多方面.由于菌物种群数量庞大、未知结构次生代谢产物众多,严重影响到生物标记物的鉴定和进一步深入分析.为此,在总结目前菌物代谢组研究成果的基础上,结合十年的菌物代谢组学研...     

植物应答非生物胁迫的代谢组学研究进展

代谢组学技术是研究植物代谢的理想平台, 通过现代检测分析技术对胁迫环境下植物中代谢产物进行定性和定量分析, 可以监测其随时间变化的规律。而各种组学平台包括基因组学、转录组学及代谢组学的整合, 更是一个强有力的工具箱, 将所获得的不同组学的信息联系起来, 有利于从整体研究生物系统对基因或环境变化的响应, 如可判断代谢物的变化是从哪一个层面开始发生的, 帮助人们揭开复杂的植物胁迫应答机制。该文对近期代谢组学技术及其与蛋白质组学、基因组学技术相结合探索植物应答非生物胁迫的研究进行了综述。代谢组学的应用, 拓展了对植物耐受非生物胁迫分子机制的认识, 开展更多这方面的研究, 再通过植物代谢组学、转录组学、蛋白质组学和基因组学整合, 有助于从整体水平上把握植物胁迫应答机制。     

代谢组及其在真菌研究中的应用

代谢组学是利用现代分析化学手段对一定条件下生物体内小分子代谢产物（初级和次级代谢产物）定性及定量,从而揭示生命现象及其内在规律的学科。相对于基因组、转录组和蛋白质组,代谢组是一定条件下生物学过程完成后的最终代谢产物的集合,因而是各种组学研究中最接近表型的一种组学,可以直接动态地反映出细胞的生理生化过程,从而有效地检测和发现特定的生化途径,准确地解释生理或者病理现象。代谢组学作为系统生物学中基因组学、转录组学以及蛋白质组学三大组学的延伸和补充,是目前的研究热点之一。目前代谢组学在真菌领域的研究得到日益重视和发展。本文首先从历史发展和技术路线简述了代谢组学的发展历程和常见的代谢组学研究方法。接着从真菌的分类鉴定、生物膜研究、代谢途径、代谢工程、天然产物发现与植物互作这6个方面介绍了代谢组学在真菌研究领域的应用。     

生态代谢组学研究进展

代谢组学指某一生物系统中产生的或已存在的代谢物组的研究,以质谱和核磁共振技术为分析平台,以信息建模与系统整合为目标。随着代谢组学中的研究方法与技术成为生态学研究的有力工具,生态代谢组学概念应运而生,即研究某一个生物体对环境变化的代谢物组水平的响应。理清代谢组学与生态代谢组学学科发展的脉络,综述代谢组学研究中的常用技术及其优势与局限性,论述代谢组学技术在生态学研究中的应用现状,展望代谢组学技术与其他系统生物学组学技术的结合在生态学中的应用前景,提出生态代谢组学研究者未来要完成的任务和面对的挑战。     

基于稳定同位素的代谢组学临床研究进展

基于稳定同位素示踪的代谢组学不仅能检测疾病发生发展及治疗过程中相关代谢物的变化,还可以对生物体系的代谢物进行定量分析并描述代谢特性。目前,稳定同位素示踪的代谢组学技术可在受试者体内直接追踪到代谢网络的单个原子,更有利于发现与疾病病因和诊断及药物疗效评估相关的生物标志物。现就稳定同位素示踪代谢组学在临床研究中的应用做简要概述,以期为将来更好地开展代谢组学在临床方面的研究提供重要依据。     

“实践十号”搭载大肠杆菌代谢组学分析

【背景】随着载人飞行时间的延长,微生物安全问题越来越凸显。载人航天疾病谱显示感染性疾病是航天员在轨常发的疾病之一,影响航天员健康。大肠杆菌是人体肠道存在的正常菌群,也是条件性致病菌,可引起感染性疾病,因此有必要分析研究太空环境对大肠杆菌代谢的影响。【目的】通过"实践十号"返回式科学实验卫星搭载大肠杆菌近地轨道飞行12 d后,分析鉴定大肠杆菌在太空环境下代谢水平的变化。【方法】应用非靶向代谢组学技术对卫星搭载的大肠杆菌K12及地面同种对照组进行质谱分析,通过主成分分析(PCA分析)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA分析)找出组间潜在的差异生物标志物。【结果】通过分析鉴定,共发现12种显著差异生物标志物,其中搭载组11种参与能量代谢和甘油磷脂代谢的生物标志物含量上调,1种脂肪酸含量下调。【结论】太空飞行可提高大肠杆菌能量代谢与甘油磷脂代谢水平,相关代谢产物的变化提示太空飞行可能会促进大肠杆菌增殖。     

生物组学在污染环境微生物修复研究中的应用

随着分子生物学、生物信息学和各种理化检测技术的发展,特别是人类基因组计划成功实施以来,基因组学研究取得了重大突破与进展。而包括转录组学、蛋白组学和代谢组学在内的后基因组学也相继出现,并被广泛应用在环境微生物学的各个研究领域。本文主要概述了当前基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学在污染环境生物修复研究中的最新研究进展,分析比较了各组学的优势与不足,同时结合本课题组的主要研究方向探讨了各生物组学在赤潮生消过程和有机污染物降解机理等研究中的应用。     

代谢组学在中药研究中的应用进展

代谢组学是功能基因组学和系统生物学研究不可或缺的重要组成部分,是通过考察生物体系受刺激或扰动前后代谢产物的动态变化,研究生物体系的代谢网络的一种技术。应用代谢组学高通量、整体性的研究思路来理解中药的作用过程,与中医药的整体、辩证观点是一致的。代谢组学已成为中药研发的一个重要途径和手段,为中药现代化在技术上提供巨大支持,有助于为中药现代化研究寻找更多有效的突破口。本文在前人综述的基础上,着重概括了中药代谢组学研究方法近3年来在中药有效物质基础和作用机制、药物作用模型的鉴别和确证、毒性研究和中药安全性评价等方面的应用情况,同时展望了代谢组学方法所面临的机遇和挑战。     

基于UPLC-QTOFMS正、负离子模式对无偿献血者乙型肝炎表面抗原阳性血清代谢组学的研究

目的:基于超高效液相色谱-单四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOFMS)正、负离子模式探讨无偿献血者中乙型肝炎表面抗原阳性和乙型肝炎表面抗原阴性的血清代谢组学的差异,为乙型肝炎的诊断寻找潜在的血清生物标志物。方法:选取2017年10月~2018年1月在青海省血液中心检测的乙型肝炎表面抗原阳性57例(研究组)与同期无偿献血者乙型肝炎表面抗原阴性63例(对照组),利用UPLC-QTOFMS技术建立两组血清代谢指纹图谱,采用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)分析两组间有差异的小分子物质,确定与乙型肝炎相关的生物标志物,并分析相关代谢机制。结果:通过变量重要性投影、质谱鉴定和数据库检索筛选出8个潜在的生物标志物,分别为缬氨酸、胆碱、甘氨鹅去氧胆酸、肉毒碱、高丝氨酸、溶血磷脂酰胆碱、血清溶菌酶和花生四烯酸,涉及胆汁酸代谢、氨基酸代谢、磷脂代谢等。结论:无偿献血者中乙型肝炎表面抗原阳性和乙型肝炎表面抗原阴性的血清代谢物存在显著差异,差异代谢物的发现有助于寻找乙型肝炎的潜在生物标志物,为血液安全提供依据。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

转录组和代谢组联合解析苹果采后高浓度CO2伤害机制

环境气体浓度影响果蔬的贮藏保鲜期和品质,高浓度CO2长时间处理会造成果实的伤害,但具体的分子机制不清楚。本研究以高浓度CO2处理采后富士苹果为材料,利用Illumina Hiseq 4000高通量测序技术和非靶向代谢技术分别对苹果内部褐变果肉组织和对照组正常果肉组织进行转录组测序和代谢组学分析,解析苹果CO2伤害产生的机制。结果如下：转录组测序共获得6 332个差异基因,包括4 187个上调基因和2 145个下调基因。差异基因进行功能性分析初步确定苹果CO2伤害的发生与氧化还原过程、脂类代谢、激素信号转导过程、能量代谢过程有关,并成功筛选出20个候选褐变基因,其中grxcr1 (MD14G1137800)、gpx (MD06G1081300) 参与活性氧清除过程,pld1_2 (MD15G1125000) 和plcd (MD07G1221900) 参与磷脂酸合成,影响膜代谢,mdh1 (MD05G1238800) 参与TCA循环,影响能量代谢。代谢组分析共获得77个差异代谢物,主要是有机酸、脂类、糖类和多酮类化合物,其中包括35个与褐变相关的代谢物质。将差异基因和差异代谢物进行联合分析,结果显示,类黄酮生物代谢过程参与了苹果的褐变过程,褐变组织与对照组织比较发现儿茶素、槲皮素等黄酮类含量明显下降,细胞抗氧化能力下降,氧化还原状态失衡,细胞结构破坏,造成褐变。本研究结果进一步丰富了CO2伤害产生的理论基础,同时为高浓度CO2保鲜技术的实际应用提供理论指导。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

代谢组学研究技术及其应用

介绍代谢组学的研究技术,主要包括核磁共振技术,色谱-质谱联用技术,同时介绍常用的数据处理方法和数据库.对目前代谢组学在医药领域、生物研究领域、资源环境,以及农业和食品领域的应用情况进行综述.     

面向代谢组学的模式识别技术应用与展望

代谢组学是后基因时代新兴的一门研究生物体内所有小分子代谢物的组学学科,是系统生物学的有机组成部分。由于代谢组学是基于数据驱动的学科,因此如何有效利用数据预处理、模式识别等信息处理技术从代谢组学复杂的高维样本中挖掘深层次的“知识”是代谢组学乃至整个系统生物学的关键问题。对模式识别技术在代谢组学中的应用作了全面的综述。总结代谢组学数据特性及其对模式识别技术的特殊要求,揭示面向代谢组学的模式识别技术所遇到的困难并在此基础上提出相应的解决办法。     

果蝇性别相关代谢组学差异的~1H-NMR分析

作为基因型和表现型之间的桥梁,进行代谢组学的研究可以有效地揭示不同的性别之间已经发生的一系列生物事件的差异。然而,目前关于性别之间代谢组差异的研究尚不多见。本研究从代谢组学的角度出发,发现在果蝇生长的不同年龄段,雌雄两种不同性别之间一直存在的差异代谢物,并进一步寻找到了相应的代谢通路。应用1H-NMR代谢组学技术及多元统计分析方法,分别寻找出3 d、30 d龄果蝇不同性别之间的差异代谢物。通过对3 d和30 d龄果蝇不同性别之间的差异代谢物的相关性分析,筛选出相关系数|r|>0.6即为伴随年龄变化而在雌雄果蝇之间一直存在的差异代谢物。通过Met PA分析平台结合KEGG数据库对这些差异代谢物做进一步分析,探讨与果蝇性别差异相关的代谢通路。结果显示,与雌性果蝇相比,雄性果蝇中异亮氨酸、谷氨酰胺、琥珀酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、组氨酸和苯丙氨酸的含量均偏低,葡萄糖含量偏高,且都具有显著性差异(P<0.05),并得到相应的代谢通路。上述结果表明,雌雄果蝇不同性别之间代谢组学的差异主要表现在糖代谢以及一些氨基酸的代谢和生物合成途径等方面的差异。这些研究为进一步探讨性别差异的机制提供了科学依据。     

代谢组学技术在水产动物疾病研究中的应用

代谢组学是定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的的一门新学科。近年来,代谢组学技术在水产动物疾病中的研究备受关注,特别是为感染性疾病发生机制及防控研究提供了一种新的手段。本文介绍了代谢组学技术及其在水产动物研究中的应用,包括代谢组学技术在水产动物感染性疾病、细菌耐药及环境应激等方面应用进行综述,分析了代谢组学在水产动物疾病研究中面临的问题与挑战,并对未来水产动物代谢组学研究趋势进行了展望,以期为代谢组学技术在水产动物疾病发病机制和药物研发方面更深入的运用提供参考。     

款冬花不同发育阶段的代谢组学和比较转录组学分析

以不同发育阶段款冬花（发育初期、中期、中后期、解封期及花朵期）为对象,基于核磁共振的代谢组学技术,分析其次生代谢物种类及含量的合成累积规律,并进行高通量转录组学测序,从差异表达的基因中寻找次生代谢物生物合成的关联酶基因。代谢组学分析发现,款冬花不同发育阶段的次生代谢物代谢组成明显不同,苯丙素类成分在发育初期至中后期含量较高,之后逐渐降低;黄酮类成分（芦丁、山奈酚）在发育的各个阶段含量均有波动,但总体变化不大。转录组学分析结果显示,与苯丙素类成分生物合成相关的酶基因（COMT、HCT）,随着花蕾的发育表达量逐渐降低;与黄酮类成分合成相关的酶基因（FLS、F3H、DFR）,其表达量在不同阶段变化不大。转录组测序中的相关酶基因表达量同次生代谢物成分的变化趋势基本一致。本文采用的代谢组学和转录组学结合的方式,对款冬花的次生代谢物累积规律进行分析,为今后款冬花次生代谢物的生物合成调控研究奠定了基础。     

果树代谢组学研究进展

果树代谢组学是继基因组学、蛋白质组学之后又一新兴的组学技术,主要是从代谢水平研究果树整体或局部代谢物变化差异,帮助发现新功能基因和了解代谢网络。目前果树代谢组学研究刚刚起步,相关研究相对较少,该文介绍了果树代谢组学的主要研究内容与方法以及在果树上的相关应用。