迈理奥小讲堂丨代谢组学的那些事(一)

2022-12-15 19:11:56

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01
什么是代谢?

代谢(metabolism)是生命活动中所有(生物)化学变化的总称。代谢通常被分为两类:

一、分解代谢:可以对大的分子进行分解以获得能量(如细胞呼吸);

二、合成代谢:可以利用能量来合成细胞中的各个组分,如蛋白质和核酸等。

代谢可以被认为是生物体不断进行物质和能量交换的过程,一旦物质和能量的交换停止,生物体的结构就会解体。

02
什么是代谢组学?

代谢组学是对一生物体系在特定时间和条件下所有小分子(相对分子质量小于1000)代谢物质的定性定量分析,从而描述生物内源性代谢物的整体及其对内、外因素变化应答规律。它是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支。

03
代谢组学的发展历史?

1983年,荷兰应用科学研究组织Van der Greef在国际上首先采用质谱对尿中代谢指纹进行研究,并陆续有不少科学家开始应用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)和磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术进行代谢谱分析。20世纪90年代后,研究目标主要集中在药物在体内的代谢等方面。1997年,Oliver提出了通过定量分析尽可能多的代谢产物评估酵母基因的遗传功能及其冗余度的必要性,首次将代谢产物和生物基因的功能联系起来。1999年,Nicholson等提出metabonomics的概念,将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。2000年,德国马普所的Fiehn等提出了metabolomics的概念,将其定义为对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性定量分析。在21世纪的前几年,植物和微生物领域应用色谱-质谱技术进行细胞的代谢组学研究,采用metabolomics的较多;而在药物研发和疾病研究等领域,用NMR以动物体液或组织样品为研究对象的,则用metabonomics较多。目前,随着研究的深入,人们对这两个名词基本等同使用。

04
代谢组学研究中样本生物学重复要求?

代谢组学研究需要严格的实验设计,首先需要收集足够数量的代表性样本,减少生物样品个体差异对分析结果的影响。一般来说,动物模型>10例/组,临床样本>30例/组,细胞>6例/组,植物昆虫微生物样本等>6-8例/组。

05
代谢组学中样本的制备和保存要求?

在预处理及保存过程中,需要快速处理样本,比如血清血浆的收集需要在1h内完成,避免出现溶血现象。由于代谢组学一次能够分析很多样本,且样本采集一般不可能在一天内完成,所以样本需要提前液氮速冻后,存在-80℃条件下。同时,样本不建议反复冻融,例如粪便/肠道内容物中有非常多微生物,其代谢速度很快,反复冻融会对代谢水平有很大影响。

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