基因组学 课件 11代谢组学
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基因组学 课件 13.基因组学课程回顾(13张)
三.物理作图
1.限制酶作图 1.限制酶作图 2.荧光原位杂交(FISH) 2.荧光原位杂交(FISH) 3.序列标记位点(STS) 3.序列标记位点(STS) 4.遗传作图和物理作图的比较 4.遗传作图和物理作图的比较
四,基因组测序与序列组装
1.DNA测序的方法 1.DNA测序的方法 链终止法, 化学降解法 2.DNA序列的组装 2.DNA序列的组装 克隆重叠群法,噬菌体P1载体 BAC,PAC, 克隆重叠群法,噬菌体P1载体 BAC,PAC, 染色体步移 3.基因组测序的其他路线 3.基因组测序的其他路线 EST顺序,浏览顺序,克隆指纹图谱 EST顺序,浏览顺序,克隆指纹图谱 4.人类基因组的测序和组装 4.人类基因组的测序和组装 BAC克隆法,EST顺序快速克隆基因 BAC克隆法,EST顺序快速克隆基因
七,基因的转录调控 七,基因的转录调控
原核基因的转录调控 真核基因的转录调控
– DNA和染色体水平的调控 DNA和染色体水平的调控 – 转录水平的调控 – 转录后调控 – 翻译及翻译后调控
八,比较基因组学
1.定义 1.定义 2.应用 2.应用 3.比较基因组学与进化 3.比较基因组学与进化 3.模式生物基因组研究 3.模式生物基因组研究
五,基因组学的诠释
1.在基因组中搜寻基因 1.在基因组中搜寻基因 ORF和ORF扫描,基因定位 ORF和ORF扫描,基因定位 2.基因功能的测定 2.基因功能的测定 同源性,基因失活,基因剔除 反义RNA技术,转座子插入突变 反义RNA技术,转座子插入突变 基因的超表达
六,基因组解剖
真核生物基因组解剖 原核生物基因组解剖 转座因子与分散重复序列 串接重复序列及其分布 人类基因组草图序列中的编码基因 拟南芥基因组编码基因
代谢组学.ppt
Metabolomics 精髓：对一个生物系统在给定 时间和给定条件下所有小分子代谢物质的定量分 析。
着重研究单个细胞或细胞类型中所有的小分 子成分和波动规律, 细胞代谢组学。多用于植 物和微生物系统。 Metabonomics：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科学 Metabolomics是Metabonomics的一个组成部分
蛋白组学：研究由生物系统表达的蛋白质及由 外部刺激引起的差异 。
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， 是结构基因组学和蛋白组学的延伸 。
中英联合实验室
4
测序技术的进步，大规模基因组测序成为可能 genomics
表达序列标签EST、微阵列、基因表达连续分析 SAGE，转录组学transcriptomics
中英联合ห้องสมุดไป่ตู้验室
18
代谢组学的发展
中英联合实验室
19
代谢产物的分析层次
Oliver Fiehn 将对生物体系的代谢产物分析分为4个层次：
• 1）代谢物靶标分析（Metabolite target analysis）： 某个或某几个特定组分的分析；
• 2）代谢轮廓分析（Metabolic profiling）：少数预设的 一些代谢产物的定量分析，如某一类结构、性质相关的化 合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标 志性组分；
生 物 体 系 中 所 有 蛋 白 及 其 功 能 的 蛋 白 组 学 proteomics
研究代谢产物的变化和代谢途径的代谢组学 metabolomics
中英联合实验室
5
基因组学、转录组学和蛋白组学的局限性：
代谢组学
12
代谢组学定义
代谢组学（ 代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）： 通过考察生物体系（细胞、 或生物体） 通过考察生物体系（细胞、组织 或生物体）受 刺激或扰动后 刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境 变化后）， 代谢产物的变化或其随时间的变化， ），其 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。 来研究生物体系的一门科学。 代谢组（metabolome） 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、 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 分子量小于1000 的集合，主要是相对分子量小于1000的内源性小 分子。 分子。 代谢物数量因物种不同而差异较大： 代谢物数量因物种不同而差异较大： 植物（ 000种）、动物 2500种）、微生物 动物（ 植物（200 000种）、动物（2500种）、微生物 1500种 （1500种）
7
8
代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展 起来的一门学科， 系统生物学的重要组成部分 的重要组成部分。 起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。 基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探 寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发 寻生命的活动，而实际上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， 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。 细胞间通信等都是受代谢物调控的。 代谢组学正是研究代谢组（metabolome） 代谢组学正是研究代谢组（metabolome）——在某 在某 一时刻细胞内所有代谢物的集合 细胞内所有代谢物的集合——的一门学科。 的一门学科。 一时刻细胞内所有代谢物的集合 的一门学科 基因与蛋白质的表达紧密相连， 基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地 反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态， 反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态， 药物和环境污染物的作用， 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。 响密切相关。
代谢组学定义
代谢组学（ 代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）： 通过考察生物体系（细胞、 或生物体） 通过考察生物体系（细胞、组织 或生物体）受 刺激或扰动后 刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境 变化后）， 代谢产物的变化或其随时间的变化， ），其 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。 来研究生物体系的一门科学。 代谢组（metabolome） 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、 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 分子量小于1000 的集合，主要是相对分子量小于1000的内源性小 分子。 分子。 代谢物数量因物种不同而差异较大： 代谢物数量因物种不同而差异较大： 植物（ 000种）、动物 2500种）、微生物 动物（ 植物（200 000种）、动物（2500种）、微生物 1500种 （1500种）
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代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展 起来的一门学科， 系统生物学的重要组成部分 的重要组成部分。 起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。 基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探 寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发 寻生命的活动，而实际上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， 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。 细胞间通信等都是受代谢物调控的。 代谢组学正是研究代谢组（metabolome） 代谢组学正是研究代谢组（metabolome）——在某 在某 一时刻细胞内所有代谢物的集合 细胞内所有代谢物的集合——的一门学科。 的一门学科。 一时刻细胞内所有代谢物的集合 的一门学科 基因与蛋白质的表达紧密相连， 基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地 反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态， 反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态， 药物和环境污染物的作用， 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。 响密切相关。
基因组学11代谢组学课件
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的内容和特点
代谢组学的优点： 1）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； 2）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； 3）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，细 菌基因组中几千个基因； 4）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；
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的研究策略
代谢组学（Metabolomics）： 代谢组学分析揭示了研究的生物学系统中对限 定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的全 面的定性和定量变化。外界环境的变化总是诱 导植物体产生交互式影响，有时这些影响会导 致一些与之不相关的代谢途径发生改变。为了 弄清所有的这些影响，代谢组学的分析是必不 可少的。在这个分析过程中，精密的分析方法 用来对一个样品种所有的化合物进行分析而不 需要对样品进行纯化。
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的内容和特点
代谢组学的研究技术 核心技术是利用化学方法对不同状态下基
因表达的不同代谢产物进行比较
代谢物群矩阵clique-metabolite matrices 单一代谢物首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物
组中寻找相关性； 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径，
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的技术平台
红外线光谱技术（IR）， 核磁共振技术（NMR）， 稀薄气液色谱技术（TLC）， 高效液相色谱技术（HPLC）， 高效毛细管电泳技术（HPCE）， 毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术（CE/UV）， 毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术（CE/LIF）， 毛细管电泳与质谱连用技术（CE/MS）， 气相色谱与质谱共用技术（GC/MS）， 液相色谱与质谱共用技术（LC/MS）， 液相色谱与质谱先后使用技术（LC/MS/MS）， 高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用（LC/NMR/MS）
代谢组学的内容和特点
代谢组学的优点： 1）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； 2）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； 3）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，细 菌基因组中几千个基因； 4）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；
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的研究策略
代谢组学（Metabolomics）： 代谢组学分析揭示了研究的生物学系统中对限 定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的全 面的定性和定量变化。外界环境的变化总是诱 导植物体产生交互式影响，有时这些影响会导 致一些与之不相关的代谢途径发生改变。为了 弄清所有的这些影响，代谢组学的分析是必不 可少的。在这个分析过程中，精密的分析方法 用来对一个样品种所有的化合物进行分析而不 需要对样品进行纯化。
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的内容和特点
代谢组学的研究技术 核心技术是利用化学方法对不同状态下基
因表达的不同代谢产物进行比较
代谢物群矩阵clique-metabolite matrices 单一代谢物首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物
组中寻找相关性； 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径，
基因组学11代谢组学课件
代谢组学的技术平台
红外线光谱技术（IR）， 核磁共振技术（NMR）， 稀薄气液色谱技术（TLC）， 高效液相色谱技术（HPLC）， 高效毛细管电泳技术（HPCE）， 毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术（CE/UV）， 毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术（CE/LIF）， 毛细管电泳与质谱连用技术（CE/MS）， 气相色谱与质谱共用技术（GC/MS）， 液相色谱与质谱共用技术（LC/MS）， 液相色谱与质谱先后使用技术（LC/MS/MS）， 高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用（LC/NMR/MS）
[课件]基因组学、蛋白质组学、代谢组学PPT
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基因组学、蛋白质 组学、代谢组学
目录
1
基因组学
2
蛋白质组学
3
代谢组学
1.基因组学
基本概念
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前 分子生 物学时 代 19501990年 后基因 组学时 代 2001 年以后
1859年，达 尔文—自然 选择学说 1865年，孟 德尔—分离 规律、独立 分配原则
地利用微生物降解环境污染物；
在农业，利用代谢组学技术能更快地寻找植物的功能基因，
了解植物与环境的互作过程，加快农作物品质改良的进程； 在食品方面，还能用于食品的质量和营养价值的评价，因 为食品的质量如表观、风味和气味、货架期，以及营养价值 如维生素含量、抗氧化性和营养成分等都是食品中所由代谢
产物共同决定的；
置上。
研究分支—结构基因组学
根据使用的遗传标志和分析方法不同，初期的基因组作图有四张:一是计
算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定它们之间相对距离（一般用厘摩 cM
来表示）的遗传图；二是确定遗传标记之间物理距离的物理图；三是以表达序 列标签为位标绘制的转录图；四是基因组核苷酸序列图。
研究分支
2.功能基因组学
社会经济、生物进化、伦理、法律等众多领域。尤其在人类 疾病基因的研究方面，显现和发挥着十分重要的作用。 疾病的遗传学基础。 致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究占据着核 心位置。 对疾病的预防、诊断、治疗等有重要意义。 人类基因组计划的直接动因是解决包括肿瘤在内的人 类疾病的遗传学基础问题。
研究分支
研究内容
代谢物靶标 分析
针对某一种或 某几种代谢物。 例如，为了研 究某基因被改 造后的主要影 响，研究可以 限制为该基因 编码的蛋白所 作用的特定底 物或者作用产 生的直接产物。
目录
1
基因组学
2
蛋白质组学
3
代谢组学
1.基因组学
基本概念
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前 分子生 物学时 代 19501990年 后基因 组学时 代 2001 年以后
1859年，达 尔文—自然 选择学说 1865年，孟 德尔—分离 规律、独立 分配原则
地利用微生物降解环境污染物；
在农业，利用代谢组学技术能更快地寻找植物的功能基因，
了解植物与环境的互作过程，加快农作物品质改良的进程； 在食品方面，还能用于食品的质量和营养价值的评价，因 为食品的质量如表观、风味和气味、货架期，以及营养价值 如维生素含量、抗氧化性和营养成分等都是食品中所由代谢
产物共同决定的；
置上。
研究分支—结构基因组学
根据使用的遗传标志和分析方法不同，初期的基因组作图有四张:一是计
算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定它们之间相对距离（一般用厘摩 cM
来表示）的遗传图；二是确定遗传标记之间物理距离的物理图；三是以表达序 列标签为位标绘制的转录图；四是基因组核苷酸序列图。
研究分支
2.功能基因组学
社会经济、生物进化、伦理、法律等众多领域。尤其在人类 疾病基因的研究方面，显现和发挥着十分重要的作用。 疾病的遗传学基础。 致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究占据着核 心位置。 对疾病的预防、诊断、治疗等有重要意义。 人类基因组计划的直接动因是解决包括肿瘤在内的人 类疾病的遗传学基础问题。
研究分支
研究内容
代谢物靶标 分析
针对某一种或 某几种代谢物。 例如，为了研 究某基因被改 造后的主要影 响，研究可以 限制为该基因 编码的蛋白所 作用的特定底 物或者作用产 生的直接产物。
代谢组学及其技术规范PPT课件
变化因素
在4℃凝结 在25℃凝结
抗凝剂
离心时间 血清储存于4℃ 血清储存于25℃ 血浆储存于4℃ 血浆储存于25℃ 血清储存于-80℃ 冷冻/解冻循环
1, 6, 24 h I, 6, 24 h 肝素钠 vs. EDTA vs.柠檬酸钠
I5 min vs. 30min 6, 12, 24, 48 h 6, 12, 24, 48 h 6, 12, 24, 48 h 6, 12, 24, 48 h 1, 3, 6个月 1, 5, 10次
2.3 数据处理
1. • 导入原始的连续数据集 2. • 峰对齐，纠正不同分析运行间的保留时间偏移
• 色谱峰归一化，以便在不同样品运行间进行比较
3. 4. • 色谱峰检测(峰选择) 5. • 离子去卷积，按化合物将离子分组 6. • 利用已有的定制数据库进行化合物鉴定 7. • 执行数据分析
22/45
10/45
噪取正音与在交信实P偏息验L（S，有最-DO最关小AP基大 的L二S础化变乘-D上程化-A判，度来）去地寻别除提找分析
两组之间的差异代谢物。
SIMICA-P MATLAB
代谢物的鉴定
11/45
NMR
经验解谱（一维和二维核磁谱图结合） HMDB数据库 现有文献
标品对照
GC-MS NIST数据库
图1 各组人体血浆样本GC-MS总离子色谱图（TIC）
图4 抑郁症患者服药前后样本（训练集）OPLS-DA散点图(a)以及相应的S-plot图（b）；
抑郁症患者服药前后样本（验证集）OPLS-DA散点图（c）以及相应的相应的S-plot图（d）
33/45
33/48
差异代谢物及相关代谢通路分析
乙醛酸和二羧酸盐代谢
代谢组学医学课件
包含代谢物和代谢谱信息，可通过网络进行访问。
代谢组学软件
01
XCMS软件
用于代谢组学数据的预处理、分析、 可视化，其特点是自动化程度高、使 用方便。
02
MZmine软件
具有强大的数据处理能力，可进行多 种类型的数据处理和统计分析。
03
MetaboliteDetect …
具有多种检测方法，可进行代谢物的 分离、鉴定和定量分析。
代谢组学在医学中的发展前景
疾病诊断和预测
药物研发和毒性评 估
通过研究疾病患者的代谢组变 化，可以发现疾病早期预警标 志物，提高疾病诊断的准确性 和时效性。
通过对药物作用下的代谢组变 化研究，可以发现新的药效评 价标志物，加速药物研发进程 并降低药物毒性。
个性化医疗
通过研究个体的代谢组特征， 可以为个体提供定制化的健康 管理和医疗服务，提高治疗效 果和生活质量。
基于核磁共振的代谢组学技术
01
核磁共振技术可以用于检测有机化合物的结构和分子运动
02
核磁共振技术可以用于代谢产物的结构和构象分析
核磁共振技术可以用于代谢组库的构建和代谢物的鉴定
03
基于其他技术的代谢组学技术
基于免疫学的代谢组学技术
免疫学方法可以用于检测和定量细胞因子、生长因子 、神经递质等生物活性物质，分析其与代谢产物的相 互作用。
基于生物信息学的代谢组学
技术
生物信息学方法可以用于对大量实验数据进行处理、 分析和解释，帮助理解代谢产物的生物合成、分解和 调控机制。
03
代谢组学在医学中的应用
代谢组学在医学基础研究中的应用
揭示生物体系代谢网络的变化规律
通过研究生物体系在不同生理状态下的代谢物变化，解析生物代谢网络的变化规律。
代谢组学软件
01
XCMS软件
用于代谢组学数据的预处理、分析、 可视化，其特点是自动化程度高、使 用方便。
02
MZmine软件
具有强大的数据处理能力，可进行多 种类型的数据处理和统计分析。
03
MetaboliteDetect …
具有多种检测方法，可进行代谢物的 分离、鉴定和定量分析。
代谢组学在医学中的发展前景
疾病诊断和预测
药物研发和毒性评 估
通过研究疾病患者的代谢组变 化，可以发现疾病早期预警标 志物，提高疾病诊断的准确性 和时效性。
通过对药物作用下的代谢组变 化研究，可以发现新的药效评 价标志物，加速药物研发进程 并降低药物毒性。
个性化医疗
通过研究个体的代谢组特征， 可以为个体提供定制化的健康 管理和医疗服务，提高治疗效 果和生活质量。
基于核磁共振的代谢组学技术
01
核磁共振技术可以用于检测有机化合物的结构和分子运动
02
核磁共振技术可以用于代谢产物的结构和构象分析
核磁共振技术可以用于代谢组库的构建和代谢物的鉴定
03
基于其他技术的代谢组学技术
基于免疫学的代谢组学技术
免疫学方法可以用于检测和定量细胞因子、生长因子 、神经递质等生物活性物质，分析其与代谢产物的相 互作用。
基于生物信息学的代谢组学
技术
生物信息学方法可以用于对大量实验数据进行处理、 分析和解释，帮助理解代谢产物的生物合成、分解和 调控机制。
03
代谢组学在医学中的应用
代谢组学在医学基础研究中的应用
揭示生物体系代谢网络的变化规律
通过研究生物体系在不同生理状态下的代谢物变化，解析生物代谢网络的变化规律。
《代谢组学概述》课件
03 转录组学和代谢组学相互补充，共同揭示了基因 表达和代谢产物之间的联系。
与蛋白质组学的关系
蛋白质组学研究生物体内蛋白质的表达和功能。
代谢组学与蛋白质组学在研究上存在交集，两者都涉及到生物分子网络的 研究。
蛋白质是代谢活动的直接参与者，而代谢组学研究的是蛋白质活动的最终 产物，即代谢物。
THANK YOU
研究生物体在不同生理状态、环境变化或疾 病状态下，代谢产物的变化规律。
代谢产物的定量分析
利用各种检测技术，对生物体内的代谢产物 进行定量分析。
代谢产物的功能研究
研究代谢产物在生物体内的功能和作用机制 ，以及它们与基因和环境的相互关系。
02
代谢组学的研究方法
样品采集
采集时间
选择合适的采集时间，如早晨空腹或餐后2小时 ，以反映代谢状态。
运用统计分析、模式识别和机器 学习等方法，挖掘数据中的规律 和差异，并解释生物学意义。
03
代谢组学在生物医学中的 应用
疾病诊断
疾病标记物识别
代谢组学能够通过分析生物体受疾病影响后的代谢产物的变化，识别出与疾病相关的标记物，有助于疾病的早期 诊断。
个性化诊断
由于不同个体的代谢产物存在差异，代谢组学可以为个体提供定制化的诊断方案，提高诊断的准确性和特异性。
检测参数
确定检测的代谢物种类和数量，以及相应的检测限和定量范围。
数据采集
通过仪器采集数据，记录每个代谢物的信号强度和峰面积等参数。
数据分析
01
数据预处理
对原始数据进行清洗、去噪和归 一化处理，以提高数据质量和可 靠性。
02
03
代谢物鉴定
数据分析
利用谱图比对和数据库匹配等方 法，对检测到的代谢物进行鉴定 和注释。
与蛋白质组学的关系
蛋白质组学研究生物体内蛋白质的表达和功能。
代谢组学与蛋白质组学在研究上存在交集，两者都涉及到生物分子网络的 研究。
蛋白质是代谢活动的直接参与者，而代谢组学研究的是蛋白质活动的最终 产物，即代谢物。
THANK YOU
研究生物体在不同生理状态、环境变化或疾 病状态下，代谢产物的变化规律。
代谢产物的定量分析
利用各种检测技术，对生物体内的代谢产物 进行定量分析。
代谢产物的功能研究
研究代谢产物在生物体内的功能和作用机制 ，以及它们与基因和环境的相互关系。
02
代谢组学的研究方法
样品采集
采集时间
选择合适的采集时间，如早晨空腹或餐后2小时 ，以反映代谢状态。
运用统计分析、模式识别和机器 学习等方法，挖掘数据中的规律 和差异，并解释生物学意义。
03
代谢组学在生物医学中的 应用
疾病诊断
疾病标记物识别
代谢组学能够通过分析生物体受疾病影响后的代谢产物的变化，识别出与疾病相关的标记物，有助于疾病的早期 诊断。
个性化诊断
由于不同个体的代谢产物存在差异，代谢组学可以为个体提供定制化的诊断方案，提高诊断的准确性和特异性。
检测参数
确定检测的代谢物种类和数量，以及相应的检测限和定量范围。
数据采集
通过仪器采集数据，记录每个代谢物的信号强度和峰面积等参数。
数据分析
01
数据预处理
对原始数据进行清洗、去噪和归 一化处理，以提高数据质量和可 靠性。
02
03
代谢物鉴定
数据分析
利用谱图比对和数据库匹配等方 法，对检测到的代谢物进行鉴定 和注释。
代谢组学(课堂PPT)
将准备好的生物标本直接上样检测即可。所得的 1H-NMR谱 峰与样品中各化合物的氢原子对应,根据一定的规则或与标准 氢谱比照可以直接鉴定出代谢物的化学成分,信号的相对强弱 则反映了各成分的相对含量。不同样品的代谢物图谱有其特 质性,可对这种特质性进行区分、鉴定。
.
质谱技术
14
2020/6/27
色谱和电泳等分离方法与质谱分析相结合为复杂代谢物的在线分离 分析提供有力的手段，如气质联用(GC一MS)、液质联用LC一MS和毛 细管电泳一质谱联用(CE一MS)
代谢组学
代谢组 代谢物
细胞
组织
蛋白质组
蛋白质组学
基因组学
个体
.
5
➢ 代谢组学研究目的
2020/6/27
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。代谢组学分析可以指示细胞、组织或器官的生化状态， 协助阐释新基因或未知功能基因的功能，并可以揭示生物各代 谢网络间的关联性，帮助人们更系统地认识生物体。(举例）
.
质谱
15
2020/6/27
将预处理的体液或是组织(根据实验需要,可将组织行甲醇除蛋白、 庚烷除脂肪及冻干等处理),加至质谱仪,经历汽化,离子化、加速分离及 检测分析后即可得出相应代谢产物或是代谢组的图谱。图谱中每个峰 值对应着相应的分子量,结合进一步的检测分析可以部分鉴定出化学 成分以及半定量关系。
3.植物样本：采集后迅速冷冻（液氮），冷冻保存。
4.血清样品：一定避免反复冻融。(血液收集在离心管中静置30分钟 进行凝固。离心取上清装载干净的离心管中，再离心5分钟，冷冻保 存。）
5.尿液样品：离心去沉淀，冷冻保存。
.
11
➢ 数据采集（分析技术平台）
代谢组学的应用ppt课件
三、代谢组学在中药领域的应用
３ 代谢组学与中药安全性和毒性研究
中药成分复杂，难以用单一器官或组织的毒性反应来评 价。应用代谢组学可动态性无伤害地检测机体生物体液的 代谢图谱的变化，动态评价药物毒性效应，确保中药用药 的合理性和安全性
4
代谢组学与中药活性成分代谢产物研究
植物代谢物是中药的活性成分，应用现代代谢组学研 究方法对药材进行指纹图谱水平鉴别，检测药物的活性 成分和代谢产物，将会对中药的研究起到一定的推动作 用。
２
代谢组学与中药整体疗效、药效物质基础及 作用机制的研究
将代谢组学技术应用到中药的整体药效评价，作用机制 及药物在体内的“代谢指纹图谱”研究，不仅可监测药物 所引起的内源性代谢物的变化，推测 体内生化过程和状态 的变化，进而推断中药的作用机制，体内代谢物的终端信 息，寻找或阐明药物作用的靶点和受体。
（四）数据分析与表征
①主成分分析技术（PCA） ②偏最小二乘法-判别分析技术（PLS-DA）
一、代谢组学概况
(五)代谢通路分析
代谢组学通过代谢产物的量化表达来追踪机体 固有代谢通路的变பைடு நூலகம்，以通过代谢通路的调节表 达规律来阐明机体生理病理变化的实质和规律。
(六)代谢组学涵盖以下几个层次：
①代谢物靶标分析； ②代谢产物谱分析； ③代谢指纹图谱分析； ④代谢组学分析； ⑤代谢表型分析；
二、代谢组学的特点
代谢组学应用于中药的优势：
中药“多组分、多靶点、整合调节作用”的 特点与代谢组学“整体性、系统性、综合性” 相吻合。因此，代谢组学可能是现代科学中可 以概括中药抽象整体观思想的重要途径。
三、代谢组学在中药领域的应用
１
代谢组学与中药质量控制研究
代谢组学研究可对各原料药有效成分进行动态监测，从 而克服采用不同原料药材的中药成品质量不稳定的弊端，并 对道地药材进行指纹图谱水平鉴别。
基因组学蛋白质组学代谢组学
优点：未杂交的游离探针片段容易被 漂洗除去，操作简单、重复性好
研究相关技术和方法
2.2印迹技术
将核酸或或蛋白质等生物大分子通过一定方式转移并固定至 尼龙膜等支持载体上的一种方法。 在实际研究中，电泳分离待转印的生物分子或样品 将他 们从胶转移至印迹膜上 对被转印的物质显色进行检测 （包括染料直接染色、通过和一些标记抗体或寡核苷酸探针结 合显色） 被转印的物质是DNA或RNA------核酸分子杂交技术 被转印的物质是蛋白质-----免疫印迹技术（与标记的特异性 抗体通过抗原—抗体结合反应而间接显色）
在获得了基因的全部序列之后，进一步了解所有这些
基因的功能。
这些基因是怎么发挥功能的，只有这样，基因的遗传
信息才能与生命活凝胶电泳鉴定代谢状态下杂交瘤 细胞蛋白的差异表达
第一阶段：即所谓“组成 蛋白质组”，建立一个细胞 或一个组织或一个机体在 “正常”条件下的蛋白质双 向凝胶图谱,或称参考图谱, 第二阶段称为“功能蛋白 质组”，要研究在各种条件 下的蛋白质组的变化,从中总 结出生命活动的规律。
研究相关技术和方法
3.生物芯片
狭义：将生物分子固定在硅片、玻 璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固 相介质上形成的生物分子微点阵， 待分析样品中的生物分子与生物芯 片的探针分子发生杂交或互相作用 后，利用激光共聚焦显微扫描仪对 杂交信号进行检测和分析。
广义：指能对生物分子或生物分子 进行快速并行处理和分析的厘米见 方的固体薄型器件。
有基因和基因区域。
基因组学 (genomics)
• 对所有的基因进行基因作图、 核苷酸序列分析、基因定位 和基因功能的一门科学。
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前
分子生
物学时 代 19501990年
研究相关技术和方法
2.2印迹技术
将核酸或或蛋白质等生物大分子通过一定方式转移并固定至 尼龙膜等支持载体上的一种方法。 在实际研究中，电泳分离待转印的生物分子或样品 将他 们从胶转移至印迹膜上 对被转印的物质显色进行检测 （包括染料直接染色、通过和一些标记抗体或寡核苷酸探针结 合显色） 被转印的物质是DNA或RNA------核酸分子杂交技术 被转印的物质是蛋白质-----免疫印迹技术（与标记的特异性 抗体通过抗原—抗体结合反应而间接显色）
在获得了基因的全部序列之后，进一步了解所有这些
基因的功能。
这些基因是怎么发挥功能的，只有这样，基因的遗传
信息才能与生命活凝胶电泳鉴定代谢状态下杂交瘤 细胞蛋白的差异表达
第一阶段：即所谓“组成 蛋白质组”，建立一个细胞 或一个组织或一个机体在 “正常”条件下的蛋白质双 向凝胶图谱,或称参考图谱, 第二阶段称为“功能蛋白 质组”，要研究在各种条件 下的蛋白质组的变化,从中总 结出生命活动的规律。
研究相关技术和方法
3.生物芯片
狭义：将生物分子固定在硅片、玻 璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固 相介质上形成的生物分子微点阵， 待分析样品中的生物分子与生物芯 片的探针分子发生杂交或互相作用 后，利用激光共聚焦显微扫描仪对 杂交信号进行检测和分析。
广义：指能对生物分子或生物分子 进行快速并行处理和分析的厘米见 方的固体薄型器件。
有基因和基因区域。
基因组学 (genomics)
• 对所有的基因进行基因作图、 核苷酸序列分析、基因定位 和基因功能的一门科学。
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前
分子生
物学时 代 19501990年
代谢组学概述 ppt课件
应用现代分析 手段定性和定 量研究内源性
代谢产物
分析生物体内 在毒物作用前 后代谢产物图
谱的变化
研究流程
研究流程
模式识别和统计分析，如 PCA、PLS-DA、OPLS-DA等。
解析与机体生理病 理有关的生化过程。
研究流程—实验对象
应用 较多
研究流程—样本来源
血、尿、唾液、 眼泪、精液、 羊水、脑脊液 以及各种腺体 的分泌ห้องสมุดไป่ตู้(胆汁、 胰液、肠液)
➢ 小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终结果； ➢ 其它组学所起的改变会在代谢层面放大，更灵敏； ➢ 代谢物结构与功能清楚，数量少，更容易解释其机理变化。
研究背景与意义—基本概念
代 一个细胞、组织、器官或者一个生物体中在
谢 组
某一特定状态下的所有内源性小分子代谢产 物的集合，如氨基酸、糖、有机酸、脂肪酸、 核苷、核苷酸等。
代谢组学概述
目录
1 背景、概念和意义
2 研究对象
汇
报
3 样品预处理与提取
内 容
4 代谢物检测技术
5 数据处理方法
6 研究计划
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
研究流程—数据预处理
出导 化一归 化度标
PCA应用最广泛， 其将复杂的数据 降到一个低维空 间，以分类图的 形式显示出来， 能够获得研究对 象的可视化总览， 而不受其他人为 因素的影响。
SIMCA-P (Umetrics AB, Umeå, Sweden)
代谢组学技术ppt课件
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
对于孤立的氢原子核（也就是质子），当磁 场为1.4T时，共振频率为59.6MHz，相应的 电磁波为波长5米的无线电波。但在化合物分 子中，这个共振频率还与氢核所处的化学环境 有关，处在不同化学环境中的氢核有不同的共 振频率，称为化学位移。这是由核外电子云对 磁场的屏蔽作用、诱导效应、共厄效应等原因 引起的。同时由于分子间各原子的相互作用， 还会产生自旋-耦合裂分。利用化学位移与裂 分数目，就可以推测化合物尤其是有机物的分 子结构。这就是核磁共振的波谱分析。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
早期核磁共振主要用于对核结构和性 质的研究，如测量核磁矩、电四极距、 及核自旋等，后来广泛应用于分子组成 和结构分析，生物组织与活体组织分析， 病理分析、医疗诊断、产品无损监测等 方面。用核磁共振法进行材料成分和结 构分析有精度高、对样品限制少、不破 坏样品等优点。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
ATRP 聚酯大分子引发剂的300M核磁共振氢谱
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
代谢组学基因组学
代谢组学基因组学代谢组学基因组学是一门综合了代谢组学和基因组学的研究领域。
它通过对生物体内大量代谢产物和基因组的分析，揭示了基因与代谢之间的关系，为研究生物体的生理和疾病提供了重要的信息。
本文将从代谢组学和基因组学的基本概念入手，探讨代谢组学基因组学在生物学研究中的应用及其前景。
我们来了解一下代谢组学和基因组学的概念。
代谢组学是研究生物体代谢产物的全谱，包括代谢物的种类、数量和相互关系等。
它通过分析代谢产物的组成和变化，可以了解生物体的代谢状态、生理功能以及代谢途径的调控机制。
而基因组学是研究生物体基因组的学科，它涉及到基因的结构、功能以及相互关系等方面的研究。
通过对基因组的分析，可以了解基因的变异、表达以及调控等信息，揭示基因与生物体性状之间的关系。
代谢组学基因组学综合了代谢组学和基因组学的优势，可以更全面地揭示基因与代谢之间的关系。
代谢组学基因组学的主要研究方法包括代谢组学和基因组学的联合分析。
首先，通过代谢组学的方法，可以获得生物体不同组织或细胞类型的代谢谱，得到大量的代谢产物信息。
然后，利用基因组学的方法，对同一生物体的基因组进行测序和分析，获取基因组的信息。
最后，通过对代谢组学和基因组学数据的整合分析，可以揭示基因与代谢之间的关系，进一步探索生物体的生理和疾病机制。
代谢组学基因组学在生物学研究中有着广泛的应用。
首先，它可以帮助揭示基因与代谢之间的关系，进一步了解生物体的生理功能。
通过对基因组和代谢组的综合分析，可以发现基因与代谢之间的相互调控关系，揭示基因对代谢途径的调控机制。
这对于理解生物体的生理功能，特别是一些重要生物过程（如能量代谢、物质转运等）的调控机制具有重要意义。
代谢组学基因组学在疾病研究中也有着重要的应用。
许多疾病的发生和发展与代谢异常和基因突变有关。
通过对代谢组和基因组的分析，可以发现疾病相关的代谢物和基因变异，进一步了解疾病的发病机制。
例如，通过代谢组学基因组学的研究，可以发现乳酸酸中毒症患者存在乳酸代谢异常和相关基因的突变，从而揭示了该疾病的发生机制。
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代谢组学(metabolomics) 代谢组学( )
中英联合实验室
测序技术的进步, 测序技术的进步,大规模基因组测序成为 可能genomics 可能 表达序列标签EST, 微阵列 , 基因表达连 表达序列标签 , 微阵列, SAGE , 转 录 组 学 续 分 析 transcriptomics 生物体系中所有蛋白及其功能的蛋白组学 proteomics 研究代谢产物的变化和代谢途径的代谢组 学metabolomics
中英联合实验室
代谢组学的内容和特点
局限性: 局限性:
不能将生物体所有的代谢产物全面涵盖, 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, 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, 存在动力学局限性,导致代谢物的化学复杂 性
技术难题: 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 ?
中英联合实验室
代谢组学的研究策略
A.代谢物靶标分析( A.代谢物靶标分析(Metabolite target 代谢物靶标分析 analysis) )
直接研究基因变化的初级影响, 直接研究基因变化的初级影响,可对专有的底物或 相应编码蛋白进行分析. 相应编码蛋白进行分析. 这个程序可以详细而精确的完成某个或某几个特定 组分的分析.容易被其他相似的混合物所干扰. 组分的分析.容易被其他相似的混合物所干扰. 为使分析准确, 为使分析准确,应用大量制备方法来清除样品中的 杂质,并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测. 杂质,并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测.
中英联合实验室
Metabolomics:通过考察生物体系受刺激后 : 代谢产物的变化,或研究随时间变化, 代谢产物的变化,或研究随时间变化,生物体 系的代谢途径的一种技术. 系的代谢途径的一种技术.模式生物和植物 Metabonomics:生物体对病理生理刺激或基 病理生理刺激或基 :生物体对病理生理 因修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化的 研究.评价,监测这种变化的过程. 研究.评价,监测这种变化的过程. 代谢组:一个细胞,组织或器官中, 代谢组:一个细胞,组织或器官中,所有代谢 组分的集合, 组分的集合,尤其指小分子物质 代谢组学:在新陈代谢的动态进程中, 代谢组学:在新陈代谢的动态进程中,系统研 究代谢产物的变化规律, 究代谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学. 谢本质的科学.
中英联合实验室
代谢组学的内容和特点
转录组学和蛋白组学的局限性: 转录组学和蛋白组学的局限性:
转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基 因变更时在生化层面的表现型的改变. 因变更时在生化层面的表现型的改变. 现代技术对于转录组学和蛋白组学中mRNA 现代技术对于转录组学和蛋白组学中 以及蛋白质的识别是通过已知数据库 蛋白质的识别是通过已知数据库进行序 以及蛋白质的识别是通过已知数据库进行序 列比对的来实现的, 列比对的来实现的,因此识别和对比过程是 间接的 间接的. 如果在缺乏某mRNA或蛋白质的数据信息时, 或蛋白质的数据信息时, 如果在缺乏某 或蛋白质的数据信息时 以上的两种组学就只能为人们提供少量的信 息.
中英联合实验室
代谢产物的分析层次
Oliver Fiehn 将对生物体系的代谢产物分析分为 个层 将对生物体系的代谢产物分析分为4个层 次: 1)代谢物靶标分析(Metabolite target )代谢物靶标分析( analysis):某个或某几个特定组分的分析; ):某个或某几个特定组分的分析 ):某个或某几个特定组分的分析; 2)代谢轮廓分析(Metabolic profiling):少数预 ):少数预 )代谢轮廓分析( ): 设的一些代谢产物的定量分析,如某一类结构, 设的一些代谢产物的定量分析,如某一类结构,性质 相关的化合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条 代谢途径的标志性组分; 代谢途径的标志性组分; 3)代谢组学(Metabolomics):限定条件下的特定 ):限定条件下的特定 )代谢组学( ): 生物样品中所有代谢组分的定性和定量; 生物样品中所有代谢组分的定性和定量; 4)代谢物指纹分析(Metabolic fingerprinting): )代谢物指纹分析( ): 不分离鉴定具体单一组分, 不分离鉴定具体单一组分,而是对样品进行快速分类 如表型的快速鉴定); (如表型的快速鉴定);
中英联合实验室
代谢组学的发展历史
最早起源于代谢轮廓分析( ).早在二十世 最早起源于代谢轮廓分析(Metabolic profiling).早在二十世 代谢轮廓分析 ). 纪七十年代, 纪七十年代,Baylor药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的 药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的 理论. 理论. 1975年,Thompson 和Markey利用气相色谱和质谱在代谢轮 年 利用气相色谱和质谱在代谢轮 廓分析的定量方面取得了较大进展; 廓分析的定量方面取得了较大进展;二十世纪七十年代末期这种 方法得到了广泛认同;;八十年代早期应用HPLC和NMR来对代 ;;八十年代早期应用 方法得到了广泛认同;;八十年代早期应用 和 来对代 谢物进行分析. 谢物进行分析. 1986年,Joumal of Chromatography A出版了一期关于代谢 年 出版了一期关于代谢 轮廓分析的专辑. 轮廓分析的专辑. 随着基因组学的提出和迅速发展, 年提出了代谢 随着基因组学的提出和迅速发展,Oliver于1997年提出了代谢 于 年提出了 组学( 组学(metabolomics)的概念,之后很多植物化学家开展了这 )的概念, 方面的研究; 方面的研究; 1999年Jeremy K. Nicholson等人提出 等人提出metabonomics的概念. 的概念. 年 等人提出 的概念
中英联合实验室
代谢组学的内容和特点
代谢组学的研究技术 核心技术是利用化学方法对不同状态下基 因表达的不同代谢产物进行比较
代谢物群矩阵clique-metabolite matrices 代谢物群矩阵 单一代谢物首先被鉴定出来 首先被鉴定出来, 单一代谢物首先被鉴定出来,然后在不同的代谢物 组中寻找相关性; 组中寻找相关性; 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径 鉴定代谢途径, 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径, 寻找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络 代谢网络, 寻找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络,而 这些网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学 反应和基因功能. 反应和基因功能.
中英联合实验室
代谢组学的研究策略
代谢物指纹分析( 代谢物指纹分析(Metabolic fingerprinting): ): 物图谱有其特质性,类似样品的"指纹"一样; 物图谱有其特质性,类似样品的"指纹"一样; 对这种特质性进行区分,鉴定,被称为" 对这种特质性进行区分,鉴定,被称为"代谢 指纹分析" 帮助找出机体代谢的共性与个性. 指纹分析",帮助找出机体代谢的共性与个性. 代谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物 学相关性对样品进行快速分类. 学相关性对样品进行快速分类.在工业和临床 应用上, 应用上,它有时不能在一个样品中测定所有代 谢物,也不能分离鉴定具体单一组分, 谢物,也不能分离鉴定具体单一组分,但是对 于样品的快速分类是很合适的( 于样品的快速分类是很合适的(如表型的快速 鉴定). 鉴定).
中英联合实验室
代谢组学的研究策略
代谢轮廓分析( profiling): 代谢轮廓分析(Metabolic profiling): 代谢轮廓分析是少数预设的一些代谢产物的识 别和定量分析,如某一类结构,性质相关的化 别和定量分析,如某一类结构, 合物(氨基酸,有机酸,顺二醇类) 合物(氨基酸,有机酸,顺二醇类)或某一代 谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志 性组分.有时在代谢物分析中, 性组分.有时在代谢物分析中,不必分析生物 样本中的所有化合物, 样本中的所有化合物,只要分析所研究的特定 生化代谢途径即可.因此,在样品制备过程中 生化代谢途径即可.因此, 某一代谢途径的中间化合物时需要特别留意
中英联合实验室ຫໍສະໝຸດ 代谢组学的发展基因组的变化不一定能够得到表达, 基因组的变化不一定能够得到表达,从而并不 一定对系统产生影响; 一定对系统产生影响; 某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高, 某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高, 但由于这个蛋白可能不具备活性, 但由于这个蛋白可能不具备活性,从而也不对 系统产生影响; 系统产生影响; 由于基因或蛋白的功能补偿作用, 功能补偿作用 由于基因或蛋白的功能补偿作用,某个基因或 蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得 到补偿,最后反应的净结果为零; 到补偿,最后反应的净结果为零; 小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终 结果,它能够更准确的反映生物体系的状态 更准确的反映生物体系的状态. 结果,它能够更准确的反映生物体系的状态.
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中英联合实验室
代谢组学的发展
结构基因组学: 结构基因组学:研究生物系统的基因结 构组成, 构组成,即DNA的序列及其表达 . 的序列及其表达 蛋白组学: 蛋白组学:研究由生物系统表达的蛋白 质及由外部刺激引起的差异 . 代谢组学:研究生物体系(细胞, 代谢组学:研究生物体系(细胞,组织 或生物体) 或生物体)受外部刺激所产生的所有代 谢产物的变化, 谢产物的变化,是结构基因组学和蛋白 组学的延伸 .
中英联合实验室
代谢组学的技术平台
红外线光谱技术( ) 红外线光谱技术(IR), 核磁共振技术( 核磁共振技术(NMR), ) 稀薄气液色谱技术( 稀薄气液色谱技术(TLC), ) 高效液相色谱技术( 高效液相色谱技术(HPLC), ) 高效毛细管电泳技术( 高效毛细管电泳技术(HPCE), ) 毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术( 毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术(CE/UV), ) 毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术( 毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术(CE/LIF), ) 毛细管电泳与质谱连用技术( 毛细管电泳与质谱连用技术(CE/MS), ) 气相色谱与质谱共用技术( 气相色谱与质谱共用技术(GC/MS), ) 液相色谱与质谱共用技术( 液相色谱与质谱共用技术(LC/MS), ) 液相色谱与质谱先后使用技术( 液相色谱与质谱先后使用技术(LC/MS/MS), ) 高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用( 高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用(LC/NMR/MS) )
中英联合实验室
测序技术的进步, 测序技术的进步,大规模基因组测序成为 可能genomics 可能 表达序列标签EST, 微阵列 , 基因表达连 表达序列标签 , 微阵列, SAGE , 转 录 组 学 续 分 析 transcriptomics 生物体系中所有蛋白及其功能的蛋白组学 proteomics 研究代谢产物的变化和代谢途径的代谢组 学metabolomics
中英联合实验室
代谢组学的内容和特点
局限性: 局限性:
不能将生物体所有的代谢产物全面涵盖, 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, 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, 存在动力学局限性,导致代谢物的化学复杂 性
技术难题: 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 ?
中英联合实验室
代谢组学的研究策略
A.代谢物靶标分析( A.代谢物靶标分析(Metabolite target 代谢物靶标分析 analysis) )
直接研究基因变化的初级影响, 直接研究基因变化的初级影响,可对专有的底物或 相应编码蛋白进行分析. 相应编码蛋白进行分析. 这个程序可以详细而精确的完成某个或某几个特定 组分的分析.容易被其他相似的混合物所干扰. 组分的分析.容易被其他相似的混合物所干扰. 为使分析准确, 为使分析准确,应用大量制备方法来清除样品中的 杂质,并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测. 杂质,并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测.
中英联合实验室
Metabolomics:通过考察生物体系受刺激后 : 代谢产物的变化,或研究随时间变化, 代谢产物的变化,或研究随时间变化,生物体 系的代谢途径的一种技术. 系的代谢途径的一种技术.模式生物和植物 Metabonomics:生物体对病理生理刺激或基 病理生理刺激或基 :生物体对病理生理 因修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化的 研究.评价,监测这种变化的过程. 研究.评价,监测这种变化的过程. 代谢组:一个细胞,组织或器官中, 代谢组:一个细胞,组织或器官中,所有代谢 组分的集合, 组分的集合,尤其指小分子物质 代谢组学:在新陈代谢的动态进程中, 代谢组学:在新陈代谢的动态进程中,系统研 究代谢产物的变化规律, 究代谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学. 谢本质的科学.
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代谢组学的内容和特点
转录组学和蛋白组学的局限性: 转录组学和蛋白组学的局限性:
转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基 因变更时在生化层面的表现型的改变. 因变更时在生化层面的表现型的改变. 现代技术对于转录组学和蛋白组学中mRNA 现代技术对于转录组学和蛋白组学中 以及蛋白质的识别是通过已知数据库 蛋白质的识别是通过已知数据库进行序 以及蛋白质的识别是通过已知数据库进行序 列比对的来实现的, 列比对的来实现的,因此识别和对比过程是 间接的 间接的. 如果在缺乏某mRNA或蛋白质的数据信息时, 或蛋白质的数据信息时, 如果在缺乏某 或蛋白质的数据信息时 以上的两种组学就只能为人们提供少量的信 息.
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代谢产物的分析层次
Oliver Fiehn 将对生物体系的代谢产物分析分为 个层 将对生物体系的代谢产物分析分为4个层 次: 1)代谢物靶标分析(Metabolite target )代谢物靶标分析( analysis):某个或某几个特定组分的分析; ):某个或某几个特定组分的分析 ):某个或某几个特定组分的分析; 2)代谢轮廓分析(Metabolic profiling):少数预 ):少数预 )代谢轮廓分析( ): 设的一些代谢产物的定量分析,如某一类结构, 设的一些代谢产物的定量分析,如某一类结构,性质 相关的化合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条 代谢途径的标志性组分; 代谢途径的标志性组分; 3)代谢组学(Metabolomics):限定条件下的特定 ):限定条件下的特定 )代谢组学( ): 生物样品中所有代谢组分的定性和定量; 生物样品中所有代谢组分的定性和定量; 4)代谢物指纹分析(Metabolic fingerprinting): )代谢物指纹分析( ): 不分离鉴定具体单一组分, 不分离鉴定具体单一组分,而是对样品进行快速分类 如表型的快速鉴定); (如表型的快速鉴定);
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代谢组学的发展历史
最早起源于代谢轮廓分析( ).早在二十世 最早起源于代谢轮廓分析(Metabolic profiling).早在二十世 代谢轮廓分析 ). 纪七十年代, 纪七十年代,Baylor药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的 药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的 理论. 理论. 1975年,Thompson 和Markey利用气相色谱和质谱在代谢轮 年 利用气相色谱和质谱在代谢轮 廓分析的定量方面取得了较大进展; 廓分析的定量方面取得了较大进展;二十世纪七十年代末期这种 方法得到了广泛认同;;八十年代早期应用HPLC和NMR来对代 ;;八十年代早期应用 方法得到了广泛认同;;八十年代早期应用 和 来对代 谢物进行分析. 谢物进行分析. 1986年,Joumal of Chromatography A出版了一期关于代谢 年 出版了一期关于代谢 轮廓分析的专辑. 轮廓分析的专辑. 随着基因组学的提出和迅速发展, 年提出了代谢 随着基因组学的提出和迅速发展,Oliver于1997年提出了代谢 于 年提出了 组学( 组学(metabolomics)的概念,之后很多植物化学家开展了这 )的概念, 方面的研究; 方面的研究; 1999年Jeremy K. Nicholson等人提出 等人提出metabonomics的概念. 的概念. 年 等人提出 的概念
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代谢组学的内容和特点
代谢组学的研究技术 核心技术是利用化学方法对不同状态下基 因表达的不同代谢产物进行比较
代谢物群矩阵clique-metabolite matrices 代谢物群矩阵 单一代谢物首先被鉴定出来 首先被鉴定出来, 单一代谢物首先被鉴定出来,然后在不同的代谢物 组中寻找相关性; 组中寻找相关性; 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径 鉴定代谢途径, 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径, 寻找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络 代谢网络, 寻找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络,而 这些网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学 反应和基因功能. 反应和基因功能.
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代谢组学的研究策略
代谢物指纹分析( 代谢物指纹分析(Metabolic fingerprinting): ): 物图谱有其特质性,类似样品的"指纹"一样; 物图谱有其特质性,类似样品的"指纹"一样; 对这种特质性进行区分,鉴定,被称为" 对这种特质性进行区分,鉴定,被称为"代谢 指纹分析" 帮助找出机体代谢的共性与个性. 指纹分析",帮助找出机体代谢的共性与个性. 代谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物 学相关性对样品进行快速分类. 学相关性对样品进行快速分类.在工业和临床 应用上, 应用上,它有时不能在一个样品中测定所有代 谢物,也不能分离鉴定具体单一组分, 谢物,也不能分离鉴定具体单一组分,但是对 于样品的快速分类是很合适的( 于样品的快速分类是很合适的(如表型的快速 鉴定). 鉴定).
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代谢组学的研究策略
代谢轮廓分析( profiling): 代谢轮廓分析(Metabolic profiling): 代谢轮廓分析是少数预设的一些代谢产物的识 别和定量分析,如某一类结构,性质相关的化 别和定量分析,如某一类结构, 合物(氨基酸,有机酸,顺二醇类) 合物(氨基酸,有机酸,顺二醇类)或某一代 谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志 性组分.有时在代谢物分析中, 性组分.有时在代谢物分析中,不必分析生物 样本中的所有化合物, 样本中的所有化合物,只要分析所研究的特定 生化代谢途径即可.因此,在样品制备过程中 生化代谢途径即可.因此, 某一代谢途径的中间化合物时需要特别留意
中英联合实验室ຫໍສະໝຸດ 代谢组学的发展基因组的变化不一定能够得到表达, 基因组的变化不一定能够得到表达,从而并不 一定对系统产生影响; 一定对系统产生影响; 某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高, 某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高, 但由于这个蛋白可能不具备活性, 但由于这个蛋白可能不具备活性,从而也不对 系统产生影响; 系统产生影响; 由于基因或蛋白的功能补偿作用, 功能补偿作用 由于基因或蛋白的功能补偿作用,某个基因或 蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得 到补偿,最后反应的净结果为零; 到补偿,最后反应的净结果为零; 小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终 结果,它能够更准确的反映生物体系的状态 更准确的反映生物体系的状态. 结果,它能够更准确的反映生物体系的状态.
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代谢组学的发展
结构基因组学: 结构基因组学:研究生物系统的基因结 构组成, 构组成,即DNA的序列及其表达 . 的序列及其表达 蛋白组学: 蛋白组学:研究由生物系统表达的蛋白 质及由外部刺激引起的差异 . 代谢组学:研究生物体系(细胞, 代谢组学:研究生物体系(细胞,组织 或生物体) 或生物体)受外部刺激所产生的所有代 谢产物的变化, 谢产物的变化,是结构基因组学和蛋白 组学的延伸 .
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代谢组学的技术平台
红外线光谱技术( ) 红外线光谱技术(IR), 核磁共振技术( 核磁共振技术(NMR), ) 稀薄气液色谱技术( 稀薄气液色谱技术(TLC), ) 高效液相色谱技术( 高效液相色谱技术(HPLC), ) 高效毛细管电泳技术( 高效毛细管电泳技术(HPCE), ) 毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术( 毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术(CE/UV), ) 毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术( 毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术(CE/LIF), ) 毛细管电泳与质谱连用技术( 毛细管电泳与质谱连用技术(CE/MS), ) 气相色谱与质谱共用技术( 气相色谱与质谱共用技术(GC/MS), ) 液相色谱与质谱共用技术( 液相色谱与质谱共用技术(LC/MS), ) 液相色谱与质谱先后使用技术( 液相色谱与质谱先后使用技术(LC/MS/MS), ) 高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用( 高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用(LC/NMR/MS) )