敏芯代谢组学平台介绍

代谢组学介绍
代谢组学应用
疾病早期诊断 疾病的发病机制 药物毒理学 中医药现代化 农业与植物 微生物代谢与发酵
代谢组学操作流程/技术
样本前处理 实验设计 代谢物组分离
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数据整合
生物学意义
多元统计分析
代谢组学实验设计
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cysj_BC_20120225_OSC.M1 (OPLS) t[Comp. 1]/t[Comp. 2] Colored according to classes in M1
10000
Class 1 Class 2
1.0 0.8 0.6 0.4
2012.2.10.M19 (OPLS) p[Comp. 1]/p(corr)[Comp. 1]
异常样本的发现与剔除 真实反映样本代谢分布
通过一种空间变换方式，把经标准化后的原始变量按一 定的权重经线性组合而成新的变量
主成分分析（PCA）
PCA Scores
plot 反应组间最真实的代谢差异 R2X: 模型解释率（> 0.4）
模型质量评价指标：
偏最小二乘-判别分析（PLS-DA）
Agilent GC-MS
Varian NMR
Agilent LC-MS(Q-TOF)
Orbitrap Elite™
公司合作发表代谢组学文章
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湖州市中心医院： Dai LC, et al., Metabolomic profiling of human serum in lung cancer patients using liquid chromatography hybrid quadrupole-time of flight mass spectrometry and gas chromatography/mass Spectrometry, Journal of Cancer Research and Clinical Oncology,2014.IF=2.9
R2X[2] = 0.160398
Ellipse: Hotelling T2 (0.95)
SIMCA-P+ 11 - 2012-4-25 12:56:00
R2X[1] = 0.233141
SIMCA-P+ 11 - 2012-5-4 17:37:43
标志物鉴定
• LC-MS:二级碎片比对，标准品验证 • 数据库：KEGG,METLIN,HMDB,LIPID MAPS等 • GC-MS: Nist Search （NIST MS Search 2.0）标准 谱库比对 • NMR: 1H-NMR, NOSEYPR1D,1H-1H COSY, TOCSY, J-RES.
代谢组学检测分析实例 NMR
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代谢组学检测分析实例二 GC-MS
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代谢组学检测分析实例三 LC-MS
IF=3.841
总 结
代谢组学具有如下优势：
受进化的影响较小，在不同物种间其检测方法更为通用 其种类远小于基因和蛋白质数目，研究简单 基因和蛋白质表达的微小变化会在代谢物水平得到放大，因此检
细胞，微生物 每组最小样本数6个
模式动物，植物 每组最小样本数10个
临床标本 每组最小样本数30个
生物样品收集
血清、血浆样品收集 500ul/例 （不得低于200ul/例），避免反复冻融 血清样本不需要加肝素钠，直接装入EP管即可 血浆样本,使用肝素钠进行外周血采集
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质谱平台的选择
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数据采集与分析
数据采集 G/MS,LC-MS, NMR
数据分析
数据预处理 峰检测，虑噪，峰 对齐等 多元统计分析 PCA,PLS-DA, OPLSDA
标志物鉴定 TOF MS, FT-ICRMS,MS/MS,NMR
数据库比对 KEGG,METLIN,AR M,HUNAN Cys
尿液样品收集 1ml/例，原则上可以多取一点 尿液直接分装到离心管中，每管1ml，添加一滴（约10ul） 质量体积为1/100（w/v）的叠氮化钠，-80度冻存
其他生物样品收集 细胞需要先淬灭（反复冻融法、细胞超声破碎等） 后再提取 组织、器官需要先匀浆，之后再进行提取 干冰运输

黑龙江八一农垦大学： Sun LW, Zhang HY, Wu L, Shu S, Xia C, Xu C, Zheng JS. Hydrogen1 nuclear magnetic resonancebased plasma metabolic profiling of dairy cows with clinical and subclinical ketosis, J. Dairy Sci. 2014 , 97(3):1552-62.IF=2.65
生物体液：血浆/血清，尿液，粪便，唾液，脑脊液，精液 ，植物、细胞、微生物、组织提取液等
代谢组学的发展趋势
120
1800 1600 1400
100
80 60 40 20 0 2008 2009 2010 2011 2012 2013
1200 1000
800
600 400 200 0 2008 2009 2010 2011 2012 2013
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人为对样本进行归类 各组聚类效果更佳
R2Y=0.992，Q2=0.843 R2Y代表模型的解释率 Q2代表模型的预测率 （均>0.4）
SIMCA-P 13
正交最小二乘分析（OPLS）
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滤掉与分类不相关的信号 主用于临床项目，适于差异性化合物的寻找
CБайду номын сангаасmpany
LOGO
代谢组学及在医学中的应用
张中晓
博士
zxzhang@sensichip.com.cn
代谢组学介绍
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基因组
转录组
蛋白质组
代谢组
mRNA
RNA-SEQ
iTRAQ
GC-MS
miRNA
LncRNA ……
……
DIGE-2D
MALDI-TOF-MS SELDI-TOF-MS
exposure in the rat by NMR-based metabonomic study, J Proteome Res. 2012 Dec 7;11(12):5934-46, IF=5.46 复旦大学： Jiaoran Menga, Xiaodong Zhangb, Hao Wuc, Jing Bua, Chenyi Shia, Chunhui Denga,Yu Maob, Morphine-induced conditioned place preference in mice: Metabolomic profiling of brain tissue to find “molecular switch” of drug abuse by gas chromatography/mass spectrometry,Analytica Chimica Acta.2011.IF=4.31
生物学意义阐述 代谢途径归属，网络 构建
代谢组学数据预处理
常用多元统计分析方法
非监督方法
主成分分析（PCA）
有监督方法
偏最小二乘-判别分析（PLS-DA） 正交偏最小二乘分析（OPLS）
主成分分析（PCA）
选出较少个数重要变量的方法
第一个PC包含了数据集的绝大部分方差即贡献率，第二个次之，依次类推
生物样品的预处理
分析前预处理： GC/LC-MS：有机溶剂沉淀蛋白（首选甲醇、乙腈） GC：衍生化 NMR：加氘代试剂，缓冲盐溶液 样本的收集及处理 样品的浓度、pH值等都可能影响实验结果 收集过程尽量保持平行
代谢组学检测平台
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GC-MS

黑龙江八一农垦大学：
Zhang H, Wu L, Xu C, Xia C, Sun L, Shu S. Plasma metabolomic profiling of dairy cows affected with ketos
is using gas chromatography/mass spectrometry, BMC Veterinary Research,2013,9:186.IF=1.86 中科院水生生物研究所 He J, Chen J, Wu L, Li G, Xie P. Metabolic response to oral microcystin-LR
测更容易
分析快速，满足大样本和快速筛选的需求 直接反应生理病理状态，是基因和蛋白质表达在生理或病理表型 上最终反应，无需验证 代谢组学实验的花费少 发表科研论文更简便
公司平台介绍
2009年开展代谢组学服务，服务客户近300家，发表SCI 论文20余篇。
可提供GC/MS、LC/MS和NMR三个平台的代谢组学及脂 质组学实验及数据分析服务。 可提供多组学 多平台数据整合 ，通路归属，网络构建，文 章修改与撰写等服务。
Rats (10 Normal & 35 HFD) OP OR
metabonomic profiling (GC/MS,
cDNA microarray (livers)
liver tissue, serum, urine)
Metabolites and genes
network
J. Pro.Res.2008
LC-MS
样本分析平台
NMR
不同分析平台的选择
NMR
不足：灵敏度较低，动态范围有限
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优点：无损伤性，无偏向性，系统稳定，可重现性强，处理简单
GC-MS
优点：高分辨率，高灵敏度，有较标准的数据库，易于定性
不足：需衍生化，预处理繁琐
LC-MS
优点：灵敏度较高，较宽动态范围，无需衍生化 不足：大样本分析峰易漂移
公司合作发表代谢组学文章
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中山医院：Hao Wu, Ruyi Xue , Huazong Zeng, Xizhong Shen et al., Metabolomic profiling of human urine
in hepatocellular carcinoma patients using gas chromatography/mass spectrometry, Analytica Chimica
0
0.2
p(corr)[1]P
t[2]O
-0.0 -0.2
-10000
-0.4 -0.6 -0.8
-20000
-1.0
-4000
-3000
-2000
-1000
0 t[1]P
1000
2000
3000
4000
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1 p[1]P
-0.0
0.1
0.2
0.3
R2X[1] = 0.0281891
国家自然基金批准数量
Pubmed科技论文检索数
代谢组学介绍
代谢组学的特点
受进化的影响较小，在不同物种间其检测方法更为通 用 代谢物种类远小于基因和蛋白质数目，研究简单 基因和蛋白质表达的微小变化会在代谢物水平得到放 大，因此检测更容易 分析快速，满足大样本和快速筛选的需求 直接反应生理病理状态，是生理或病理表型上最终反 应，无需验证，发表科研论文更简便 代谢组学实验的花费要少
LC-MS
NMR ……
……
代谢组学介绍
Metabolomics
通过考察生物体系受刺激或扰动后，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
Metabolome
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 (M<1000)
Biofluid
生物学意义阐释
差异物质代谢通路归属
代谢互作网络构建
Wei Jia
J. Proteome Res. 2012, 11, 1354−1363
多平台的整合
Journal of Proteome Research 2009, 8, 5580–5589
与其它组学的整合
the different responses to dietary intervention ?