非靶向代谢组是指对生物样本中的所有小分子化合物(分子量小于1000)进行定性和定量分析,并比较不同样本间代谢物差异、筛选出在不同组间具有重要生物学意义的显著差异代谢物的技术。由于代谢组受环境变化影响最大,而环境对生物体的影响也最终体现为代谢物的变化,因此代谢组学研究在动植物生长发育、疾病biomarker筛选、药物研发等领域的应用越来越广泛

 
 
应用领域
1. 胁迫应答机理研究
2. 药用植物药用成分合成机理及药物代谢研究
3. 蔬果花卉颜色改良育种
4. 动植物生长发育机理研究
5. 疾病biomarker筛选
6. 疾病发生发展机制研究
7. 药效与毒副作用研究

 

技术路线

 

分析内容

 

1. 标准信息分析
1.1 原始数据预处理(过滤、去冗余、峰识别、峰面积积分、积分校正)
1.2 代谢物鉴定
1.3 代谢物定量
1.4 PCA分析
1.5 (O)PLS-DA分析
1.6 差异代谢物筛选及聚类热图
1.7 差异代谢物KEGG通路富集分析
 
2. 定制化信息分析
2.1 代谢物调控网络分析
2.2 多组学关联分析(转录组、蛋白组、基因组等,需有相关数据)
 
 
 
 
 
 
 
 
样本要求
 
1. 植物组织:1g鲜重,500mg干重,取样后马上液氮速冻,-80°保存。
2. 植物细胞:107个细胞,取样后离心,去除培养基,液氮速冻,-80°保存。
3. 动物组织:200mg 鲜样,取样后马上液氮速冻至少15min,-80℃保存。
4. 动物细胞:500 万个/例或 107 个细胞;淬灭缓冲液, -80℃甲醇重悬,液氮中速冻至少15min,-80℃保存。
5. 血清:200ul,室温静置离心,取上清低温离心,-80℃保存。
6. 血浆:200ul,肝素钠抗凝管采集全血,室温离心,-80℃保存。
7. 粪便、肠道内容物:200mg鲜样,叠氮化钠处理,立即放入液氮中,速冻至少15min,-80 ℃保存。
8. 尿液:1ml,叠氮化钠处理,-80 ℃保存。
9. 体液、细胞培养液:500ul,液氮速冻,-80°保存。
10. 微生物:108 个细菌或 500mg 菌丝,淬灭试剂淬灭,低温离心,-80℃保存。
 
 
 
 
项目周期
标准项目的运转周期是60个工作日。
 
 
 
参考文献

[1] Saito K, Matsuda F. Metabolomics for Functional Genomics, Systems Biology, and Biotechnology[J]. Annual Review of Plant Biology, 2010, 61(1): 463-489.

[2] Nakabayashi R, Saito K. Integrated metabolomics for abiotic stress responses in plants[J]. Current Opinion in Plant Biology, 2015: 10-16.

 

 

 

Q1: 如何评判样本能否做代谢组或蛋白组(比如-80℃保存了两年、或者用麻醉剂进行处理)?

A: 针对这种情况要咨询公司销售,评估样本的可检测性。一般情况下,样本-80℃保存半年对蛋白、代谢检测影响不大,可正常使用。如果保存时间更久,可与销售咨询,进行预实验,通过预实验的检测结果判断样本情况。

 

 如果使用麻醉剂等试剂对样本进行预处理,对物质检测结果一定会有影响的。

 

 

 

Q2蛋白、代谢检测可否分批送样?

A: 不建议分批送样,因为仪器稳定性、实验操作人员不同、质谱仪保养清洁等原因会导致不同批次检测结果出现明显的批次效应,且批次效应很难消除,有时批次间的差异会大于样本间的差异。如果真的由于试验需要时间梯度或者样本自身原因,建议先取样,用液氮猝灭后至于-80℃保存,等到所有样本收集完再统一检测。

 

 

 

Q3代谢组检测时什么是外标?什么是内标?如果检测时添加了内标就是内标法检测吗? 

A: 外标是指代谢物检测时,使用的与待检物质一致的标准品。因为标准品的浓度和上机检测量是已知的,用不同浓度的标品,构建标曲获得峰面积,之后利用标曲的峰面积,标曲浓度、待检物质的峰面积可推算出待检物质浓度,实现待检物质的绝对定量和定性。

 

内标是指代谢物检测时,用到的是待检物质的同位素。同位素与待检物质一起上机检测。因为同位素的浓度和上机量已知,可根据同位素的峰面积和待检物质的峰面积推测待检物质含量,实现待检物质的相对定量和定性。添加内标不一定是内标法检测。有些公司会使用“外标+同位素内标绝对定量”,这种情况下,外标用于待检物质的绝对定量和定性,内标用于矫正样本量不容导致的定量差异,消除基质对定量的影响。

 

 

 

 

 

 

代谢组学在个性化治疗中的应用

发表期刊: PNAS  

影响因子: 9.423

 

研究目的

非靶向代谢组技术能够提供全面的功能性表型信息,从而将遗传(基因组)和非遗传因素联合起来,应用于临床医学,达到精准医疗的目的。本文将代谢组数据与全外显子测序数据关联分析,研究在疾病风险预测、疾病监测、个体化用药等个性化精准医疗方面的应用。

 

实验设计

80个健康人,进行血浆代诮世且检测和全外显子测序。联合代谢组数据与全外显子突变信息,指导疾病风险预测、早期疾病诊断、药物反应等个性化医疗。

 

 

研究结果

结合代谢组和基因组数据对样本进行个性化分析,可以达到指导生活方式、疾病预测、个性化用药的目的。对3923号个体进行分析,该个体有早期肾结石。基因组分析结果发现黄噤呤脱氢酶基因发生突变(XDHp.R1296W)。代谢组分析结果显示黄膘呤(xanthine)略有上调,次黄嗦呤(hypoxanthine)和尿酸(urate的浓度没有变化,与黄嗦呤尿症患者的临床指标不符,说明XDHp.R1296W并不是早期肾结石的致病突变(图1A)。

对3905号个体进行分析,该个体没有代谢病史,也没有果糖不耐受症。但代谢组分析显示果糖(fructose)和山梨糖醇(sorbitol)显著升高。基因组分析相关代谢通路基因,最终找到了—个罕见的二磷酸果糖酶基因变异(ALDOBp.1177L),报道显示该变异与果糖不耐受相关。综合分析,样本有可能是常染色体隐性果糖不耐受症携带者,因此,建议注意饮食,防止果糖代谢相关疾病的发生(图1B)。

 

对3905号个体进行分析,该个体没有代谢病史,也没有果糖不耐受症。但代谢组分析显示果糖(fructose)和山梨糖醇(sorbitol)显著升高。基因组分析相关代谢通路基因,最终找到了—个罕见的二磷酸果糖酶基因变异(ALDOBp.1177L),报道显示该变异与果糖不耐受相关。综合分析,样本有可能是常染色体隐性果糖不耐受症携带者,因此,建议注意饮食,防止果糖代谢相关疾病的发生(图1 B)。

图1 3923号个体嘌呤降解途径(A),3905号个体果糖代谢途径(B),

红圈表示该样本,空白圈表示其他样本,竖线表示中值,加号表示平均值

 

 

 

参考文献

[1] Guo L, Milburn MV, et al. Plasma metabolomic profiles enhance precision medicine for volunteers of normal health [J]. PNAS, 2015,112(35): E4901-4910.