代谢组学.ppt
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[课件]代谢组学PPT
![[课件]代谢组学PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/e3e3b24cb84ae45c3a358c12.png)
在代谢组学研究中，根据研究对象、目的和采用的分析技术不同， 所需的样品提取和预处理方法各异。 代谢产物通常用水或有机溶剂(如甲醇、己烷等)分别提取，获得水 提取物和有机溶剂提取物，从而把非极性相和极性相分开，以便 进行分析
体内药物分析
2018/12/1
生物样品预处理
代谢产物的变化对分析结果有较大的影响，在 处理生物样本时要特别注意避免由于残留酶活性或 氧化还原过程降解代谢产物、产生新的代谢产物 。
发展并渗透到多项领域。
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，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 )——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的 一门学科。
体内药物分析
基本概念
基因组 学
• 研究生物系统的基因结构组成, 即DNA的序列及表达 • 研究核糖核酸转录过程 • 研究生物系统表达的蛋白质及由外部刺激引起的差异
2018/12/1
氢谱(1H NMR)
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。
体内药物分析
2018/12/1
数据采集（分析技术平台） NMR
非破坏性，无偏向性 预处理简单 灵敏度低分辨率不高
GC-MS
较高分辨率和检测灵 敏度 有可供参考、对比的 标准图谱库 需衍生化处理 不适用于热不稳定物 质
LC-MS
不需要衍生化处理 适用不稳定，不易衍 生化，不易挥发物质 费时，需纯参照物
体内药物分析
2018/12/1
生物样品预处理
代谢产物的变化对分析结果有较大的影响，在 处理生物样本时要特别注意避免由于残留酶活性或 氧化还原过程降解代谢产物、产生新的代谢产物 。
发展并渗透到多项领域。
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，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 )——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的 一门学科。
体内药物分析
基本概念
基因组 学
• 研究生物系统的基因结构组成, 即DNA的序列及表达 • 研究核糖核酸转录过程 • 研究生物系统表达的蛋白质及由外部刺激引起的差异
2018/12/1
氢谱(1H NMR)
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。
体内药物分析
2018/12/1
数据采集（分析技术平台） NMR
非破坏性，无偏向性 预处理简单 灵敏度低分辨率不高
GC-MS
较高分辨率和检测灵 敏度 有可供参考、对比的 标准图谱库 需衍生化处理 不适用于热不稳定物 质
LC-MS
不需要衍生化处理 适用不稳定，不易衍 生化，不易挥发物质 费时，需纯参照物
《植物代谢组学》课件
代谢物的提取与分离
提取方法
根据不同植物组织和代谢物的特性，选择合适的溶剂进行提 取。
分离纯化
通过色谱、电泳等技术对提取的代谢物进行分离纯化，提高 检测的准确性。
代谢物的检测与分析
检测方法
采用质谱、核磁共振等技术对分离纯化的代谢物进行检测。
数据分析
对检测到的代谢物进行定性和定量分析，确定其分子量和组成。
数据处理与解析
数据预处理
对原始数据进行清洗、去噪和归一化 处理，提高数据质量。
统计分析
采用统计分析方法，对数据进行深入 挖掘和解析，揭示代谢物之间的相互 关系和变化规律。
植物代谢组学的应
03
用
在植物生理生化研究中的应用
代谢物鉴定与分类
通过代谢组学方法，对植物中的代谢物进行鉴定和分类，有助于深入了解植物的生理生化过程。
随着研究的深入，人们将更加关注植物代谢物在环境和生 物胁迫下的动态变化，揭示其在植物生命活动中的调控机 制。
未来植物代谢组学的研究将更加注重实际应用，将研究成 果转化为农业生产中的实用技术和方法，为农业可持续发 展提供有力支持。
THANKS.
VS
生物农药与生物肥料开发
通过代谢组学技术分析植物与微生物之间 的相互作用，有助于开发新型生物农药和 生物肥料，促进绿色农业的发展。
植物代谢组学的研
04
究展望
提高检测灵敏度与特异性
总结词
随着代谢组学技术的发展，提高检测灵敏度 和特异性是未来的重要研究方向，这将有助 于发现更多低丰度代谢物，更准确地解析植 物代谢过程。
特点
具有系统性、复杂性、动态性等 特点，能够全面揭示植物体内代 谢物质的变化规律，为植物生理 生化研究提供有力支持。
代谢组学ppt课件
簇类分析(Hierarchical Cluster Analysis ,HCA) 簇类的独立软模式分类法(Soft In- dependent Modeling of Class Analogy， SIMCA)、PLS-DA (PLSDiscriminant Analysis) 、人工神经网络 (Artificial Neural Network，ANN) 等
4
2 代谢组学的概念
在新陈代谢的动态进程中,系统地研究代 谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学。
5
Metabonomics ---英 Jeremy K.Nicholson 20世纪
90年代
生命体系对病理生理刺激或遗传改造所产生的 动态,多指标代谢响应的定量测定.
Metabolomics ---Oliver Fiehn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。
34
(3)常用的其他一些分析技术
代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学 技术的核心部分,最常用的方法是有两种
NMR 质谱(MS)
28
(1)核磁共振技术
原理
核磁共振技术核磁共振是原子核的磁矩在恒定 磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时 所发生的共振吸收现，是一种利用原子核在磁 场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生 命科学领域中常用的有三种
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
4
2 代谢组学的概念
在新陈代谢的动态进程中,系统地研究代 谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学。
5
Metabonomics ---英 Jeremy K.Nicholson 20世纪
90年代
生命体系对病理生理刺激或遗传改造所产生的 动态,多指标代谢响应的定量测定.
Metabolomics ---Oliver Fiehn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。
34
(3)常用的其他一些分析技术
代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学 技术的核心部分,最常用的方法是有两种
NMR 质谱(MS)
28
(1)核磁共振技术
原理
核磁共振技术核磁共振是原子核的磁矩在恒定 磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时 所发生的共振吸收现，是一种利用原子核在磁 场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生 命科学领域中常用的有三种
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
《代谢组学许国旺》课件
许国旺教授的学术贡献
许国旺教授的生平简介
出生地与出生日期
工作经历
许国旺教授出生于中国浙江省，具体 的出生日期为XXXX年XX月XX日。
许国旺教授在XXXX年开始其教学生 涯，先后在XXXX大学和XXXX大学任 教。
教育背景
许国旺教授在XXXX年毕业于XXXX大 学，获得学士学位。之后，他前往 XXXX留学，获得博士学位。
代谢组学在生物医学领域的应用
代谢组学在疾病诊断中的应用
代谢组学在疾病诊断中具有重要作用， 通过对生物体代谢产物的检测和分析， 可以发现异常代谢标志物，为疾病的早 期诊断提供依据。
代谢组学技术可以检测血液、尿液等生物样 本中的代谢产物，通过比对正常与异常代谢 产物的差异，有助于发现潜在的疾病风险和 早期预警指标。
体外研究方法包括代谢组学高通量筛 选、代谢组学生物信息学分析、代谢 组学单细胞分析等。这些方法可以帮 助研究者从更宏观的角度了解生物体 的代谢变化，从而为药物研发、疾病 诊断和治疗提供有力支持。
代谢组学的研究技术
代谢组学的研究技术主要包括色谱法、质谱法、核磁 共振波谱法、毛细管电泳法等。这些技术可以帮助研 究者分离和鉴定生物体内的代谢产物，从而了解生物 体的代谢机制和调控规律。
代谢组学的研究内容
01
代谢产物的检测与 分析
研究生物体在不同生理或病理状 态下代谢产物的种类、含量及其 变化规律。
02
代谢调控机制
探讨基因、酶、激素等对代谢过 程的调控作用，以及代谢产物之 间的相互作用。
03
生物标记物的发现 与应用
寻找与疾病发生、发展相关的代 谢标记物，为疾病的早期诊断、 治疗和预后评估提供依据。
代谢组学研究的伦理和社会问题
随着代谢组学的广泛应用，涉及的伦理和社会问题也逐渐凸显，需 要加强相关法规和伦理规范的建设。
许国旺教授的生平简介
出生地与出生日期
工作经历
许国旺教授出生于中国浙江省，具体 的出生日期为XXXX年XX月XX日。
许国旺教授在XXXX年开始其教学生 涯，先后在XXXX大学和XXXX大学任 教。
教育背景
许国旺教授在XXXX年毕业于XXXX大 学，获得学士学位。之后，他前往 XXXX留学，获得博士学位。
代谢组学在生物医学领域的应用
代谢组学在疾病诊断中的应用
代谢组学在疾病诊断中具有重要作用， 通过对生物体代谢产物的检测和分析， 可以发现异常代谢标志物，为疾病的早 期诊断提供依据。
代谢组学技术可以检测血液、尿液等生物样 本中的代谢产物，通过比对正常与异常代谢 产物的差异，有助于发现潜在的疾病风险和 早期预警指标。
体外研究方法包括代谢组学高通量筛 选、代谢组学生物信息学分析、代谢 组学单细胞分析等。这些方法可以帮 助研究者从更宏观的角度了解生物体 的代谢变化，从而为药物研发、疾病 诊断和治疗提供有力支持。
代谢组学的研究技术
代谢组学的研究技术主要包括色谱法、质谱法、核磁 共振波谱法、毛细管电泳法等。这些技术可以帮助研 究者分离和鉴定生物体内的代谢产物，从而了解生物 体的代谢机制和调控规律。
代谢组学的研究内容
01
代谢产物的检测与 分析
研究生物体在不同生理或病理状 态下代谢产物的种类、含量及其 变化规律。
02
代谢调控机制
探讨基因、酶、激素等对代谢过 程的调控作用，以及代谢产物之 间的相互作用。
03
生物标记物的发现 与应用
寻找与疾病发生、发展相关的代 谢标记物，为疾病的早期诊断、 治疗和预后评估提供依据。
代谢组学研究的伦理和社会问题
随着代谢组学的广泛应用，涉及的伦理和社会问题也逐渐凸显，需 要加强相关法规和伦理规范的建设。
代谢组学：基于质谱的研究方法PPT课件
2021
25
三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用 已知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大 大简化了这一过程
2021
26
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
3、代谢组学的挑战
1、典型的代谢组学实验需大量样品才能得到精确统计的结果
2、代谢组学研究通常需要多种技术；某种类型的样品往往比其 他样品更适合采用某种特定的分析技术
3、需要高度灵敏和精确的仪器
4、强大的软件工具对处理实验所产生的大量数据非常重要 处理GC/MS 和LC/MS 数据的色谱解卷积程序、寻找有意义
2021
29
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用已 知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大大 简化了生物通路过程
2021
30
2021
17
三、发现代谢组学
2、代谢谱分析，寻找有统计学意义的代谢物
分析重现性对表达谱分析至关重要------分析变异越小， 所需的重复数就越少
代谢谱分析是经过复杂的特征提取，对已知代谢物进行 靶向代谢谱分析，以寻找意外的代谢物------代谢物以其分子 特征为标志表示，包括保留时间、质量或质谱图及丰度
2021
12
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
EI源的缺点 EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大
《代谢组学介绍》课件
代谢组学的研究内容
代谢产物的检测与
鉴定
通过高通量检测技术，对生物体 内的代谢产物进行定性和定量分 析，了解代谢产物的种类和含量 。
代谢产物的变化规
律
研究生物体在生理、病理或环境 因素刺激下，代谢产物的变化规 律及其与生物功能的关系。
代谢调控机制
探讨代谢产物的合成、分解、转 化等过程，揭示代谢调控的机制 和规律。
跨学科融合
代谢组学与生物信息学、人工智能等领域的交叉融合，将有助于从海量数据中挖掘出更 具有预测性和指ห้องสมุดไป่ตู้意义的生物标志物。
应用领域拓展
代谢组学在药物研发、毒理学、营养学等领域的应用将不断拓展，为相关领域的研究提 供新的思路和方法。
未来代谢组学的研究方向
提高检测灵敏度和特异性
进一步改进和完善代谢组学技术，提高检测灵敏度和特异性，是未 来研究的重要方向之一。
代谢组学研究的新方法与新技术
代谢组学研究的新方法
随着技术的不断发展，代谢组学研究的方法也在不断更新。近年来，新的研究方法如基于质谱的代谢组学、核磁 共振代谢组学和代谢组学数据分析方法等得到了广泛应用。这些新方法提高了代谢组学研究的灵敏度、特异性和 可重复性，为代谢组学研究提供了更可靠的工具。
代谢组学研究的新技术
代谢组学在个体化医疗和精准医学方 面具有广阔的应用前景。通过对个体 代谢产物的差异进行分析，可以为个 体化医疗和精准医学提供更准确的诊 断和治疗方案。
代谢组学与其他领域的交叉研究
营养学与代谢组学
营养学与代谢组学的交叉研究对于了解营养物质在生物体内的代谢过程和作用机制具有重要意义。通 过代谢组学的研究，可以深入了解不同营养物质对生物体代谢的影响，为营养学提供更科学的基础。
代谢组学医学课件
发展和转移的关系。
通过代谢组学的研究，可以发现癌症的早期预警标志物、疗效评估指标 以及潜在的治疗靶点，为癌症的诊断和治疗提供新的思路和方法。
糖尿病代谢组学研究
糖尿病代谢组学研究主要关注糖代谢、脂肪代谢、蛋 白质代谢、维生素和矿物质代谢等方面的变化，以及 这些变化与糖尿病并发症的关系。
单击此处添加正文，文字是您思想的提一一二三四五 六七八九一二三四五六七八九一二三四五六七八九文 ，单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最 终呈现发布的良好效果单击此4*25}
代谢组学实验设计原则
01
02
03
04
样本代表性
选择的生物样本应具有代表性 ，能够反映整体群体的代谢特
征。
实验可重复性
实验设计应确保可重复性，以 便验证结果的可靠性和稳定性
。
控制无关变量
应控制实验中的无关变量，以 减小其对实验结果的影响。
对照设置
合理设置对照组，以便更好地 比较不同组之间的代谢差异。
质谱技术（MS）
通过测量代谢产物的质量，来确定其成分和结构，具有高灵敏度和高 分辨率的特点。
气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）
结合了气相色谱的分离能力和质谱的鉴定能力，适用于复杂生物样本 中代谢产物的分析。
高效液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）
适用于分析热不稳定、极性或大分子量代谢产物，具有高分离效能和 鉴定能力。
THANKS
谢谢您的观看
探索代谢组学与其他组学的整合分析方法
代谢组学研究需要与其他组学研 究相结合，以更全面地了解生物
系统的复杂性和动态性。
探索代谢组学与基因组学、转录 组学、蛋白质组学等其他组学的 整合分析方法，建立多组学数据
分析平台。
通过代谢组学的研究，可以发现癌症的早期预警标志物、疗效评估指标 以及潜在的治疗靶点，为癌症的诊断和治疗提供新的思路和方法。
糖尿病代谢组学研究
糖尿病代谢组学研究主要关注糖代谢、脂肪代谢、蛋 白质代谢、维生素和矿物质代谢等方面的变化，以及 这些变化与糖尿病并发症的关系。
单击此处添加正文，文字是您思想的提一一二三四五 六七八九一二三四五六七八九一二三四五六七八九文 ，单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最 终呈现发布的良好效果单击此4*25}
代谢组学实验设计原则
01
02
03
04
样本代表性
选择的生物样本应具有代表性 ，能够反映整体群体的代谢特
征。
实验可重复性
实验设计应确保可重复性，以 便验证结果的可靠性和稳定性
。
控制无关变量
应控制实验中的无关变量，以 减小其对实验结果的影响。
对照设置
合理设置对照组，以便更好地 比较不同组之间的代谢差异。
质谱技术（MS）
通过测量代谢产物的质量，来确定其成分和结构，具有高灵敏度和高 分辨率的特点。
气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）
结合了气相色谱的分离能力和质谱的鉴定能力，适用于复杂生物样本 中代谢产物的分析。
高效液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）
适用于分析热不稳定、极性或大分子量代谢产物，具有高分离效能和 鉴定能力。
THANKS
谢谢您的观看
探索代谢组学与其他组学的整合分析方法
代谢组学研究需要与其他组学研 究相结合，以更全面地了解生物
系统的复杂性和动态性。
探索代谢组学与基因组学、转录 组学、蛋白质组学等其他组学的 整合分析方法，建立多组学数据
分析平台。
代谢组学的应用PPT课件
（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 固有代谢通路的变化，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；
三、代谢组学在中药领域的应用
5 代谢组学与中药单味药和方剂的研究
目前，代谢组学在中药单味药研究中应用比较广泛，应用代谢组 学的方法可以推测发生改变的内源性代谢物和发生异常的代谢通路， 从而阐明药物的作用机制。
中药方剂通过多途径、多靶点的协同、将药效进行整合，从而在 一些 复杂疾病的治疗中体现出优于单成分、单靶点药物的疗效优势， 但其作用机制不明，这也是制约其发展的瓶颈。利用代谢组学的整 体综合信息来研究方药的作用机制具有优势。
7
筛选中药种质资源
生物的个体特征除决定于先天遗传因素外，还受其存环境的诸多影 响，这些内外因素决定了生物个体的总体特征——代谢表型。应用代 谢组学技术研究中药种质资源代谢表型，将为中药资源的可持续发展 和利用提供科学根据和保障。
展望：
进入后基因组时代后，代谢组学作为一门新技术在 中医药方面的重要性越来越明显。同时代谢组学在方 法学上具有融整体、动态、综合、分析于一体的特点， 符合中药整体性原则。可以预见，代谢组学将成为中 药现代研究的一种重要的技术手段。
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。
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
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 固有代谢通路的变化，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；
三、代谢组学在中药领域的应用
5 代谢组学与中药单味药和方剂的研究
目前，代谢组学在中药单味药研究中应用比较广泛，应用代谢组 学的方法可以推测发生改变的内源性代谢物和发生异常的代谢通路， 从而阐明药物的作用机制。
中药方剂通过多途径、多靶点的协同、将药效进行整合，从而在 一些 复杂疾病的治疗中体现出优于单成分、单靶点药物的疗效优势， 但其作用机制不明，这也是制约其发展的瓶颈。利用代谢组学的整 体综合信息来研究方药的作用机制具有优势。
7
筛选中药种质资源
生物的个体特征除决定于先天遗传因素外，还受其存环境的诸多影 响，这些内外因素决定了生物个体的总体特征——代谢表型。应用代 谢组学技术研究中药种质资源代谢表型，将为中药资源的可持续发展 和利用提供科学根据和保障。
展望：
进入后基因组时代后，代谢组学作为一门新技术在 中医药方面的重要性越来越明显。同时代谢组学在方 法学上具有融整体、动态、综合、分析于一体的特点， 符合中药整体性原则。可以预见，代谢组学将成为中 药现代研究的一种重要的技术手段。
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。
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
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
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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。
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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
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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）
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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。
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11
➢ 数据采集（分析技术平台）
《代谢组学许国旺》课件
论文：《代谢组学在 药物研究中的应用》
研究成果：开发了代 谢组学技术，用于药 物筛选和优化
论文：《代谢组学在 环境研究中的应用》
研究成果：开发了代 谢组学技术，用于环 境监测和治理
04
许国旺的科研团队和实 验室
许国旺实验室的研究方向和特色
研究方向：代谢 组学
研究领域：生物 医学、生物技术、 生物信息学等
感谢您的观看
汇报人：
和效果
代谢组学在其他生物医学领域的应用
药物研发：通过代谢 组学研究药物对生物 体的影响，优化药物 设计和筛选
疾病诊断：通过代谢 组学研究疾病状态下 的代谢变化，辅助疾 病诊断和预后评估
营养学研究：通过代 谢组学研究营养素对 生物体的影响，优化 营养素摄入和营养干 预
环境毒理学研究：通 过代谢组学研究环境 污染物对生物体的影 响，评估环境污染风 险和健康影响
代谢组学许国旺PPT 课件
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汇报人：
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
04
许国旺的科研 团队和实验室
02
代谢组学概述
05
代谢组学在生 物医学领域的 应用
03
许国旺的学术 贡献
06
代谢组学的未 来发展前景
01 添加章节标题
02 代谢组学概述
代谢组学的定义
主要研究代谢物的种类、含 量、变化规律及其与生理、 病理过程的关系
07 总结和展望
对许国旺在代谢组学领域的贡献进行总结和评价
添加 标题
许国旺在代谢组学领域的贡献：提出了代谢 组学的概念，并推动了其在医学、生物学等 领域的应用。
添加 标题
许国旺的研究成果：在代谢组学领域发表了 多篇具有影响力的论文，推动了代谢组学的 发展。
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
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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
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代谢组学的发展
中英联合实验室
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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：
–基因组学、转录组学和蛋白组学中DNA、mRNA 以及蛋白质的识别是通过已知数据库进行序列 比对完成，间接的识别和对比过程。
中英联合实验室
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中英联合实验室
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中英联合实验室
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中英联合实验室
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代谢组学的发展
• 最早起源于代谢轮廓分析（Metabolic profiling）。 Baylor药学院早在二十世纪七十年代，提出并发表了代谢 轮廓分析的理论。
• 1975年，Thompson 和Markey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；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来对代谢物进行分析。
Metabolomics
中英联合实验室
目录 什么是代谢组学 ?
代谢组学主要研究技术 代谢组学应用
中英联合实验室
2
- - - Gene mRNA Protein >> Metabolite
系 统 生 物 学
中英联合实验室
3
什么是代谢组学
结构基因组学：研究生物系统的基因结构组成， 即DNA的序列及其表达 。
中英联合实验室
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代谢组学定义
代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）： 通过考察生物体系（细胞、组织 或生物体）受 刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境 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。
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、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。
中英联合实验室
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代谢组学的提出 1999年 Jeremy K. Nicholson教授--代谢组学的先行者，
国际“代谢组学之父”. 生物系统对生理和病理刺激以及基因改变的代
谢应答的定量测定 代谢组学的概念 两个不同的英文表述：metabonomics和metabolomics
中英联合实验室
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• 1986年，Joumal of Chromatography A出版了一期关于 代谢轮廓分析的专辑。
• 随着基因组学的提出和迅速发展，Oliver于1997年提出了 代谢组学（metabolomics）的概念，之后很多植物化学家 开展了这方面的研究；
• 1999年Jeremy K. Nicholson提出metabonomics的概念
• 小分子的产生和代谢是以上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。
中英联合实验室
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中英联合实验室
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代谢组metabolome：某一时刻细胞内所有代 谢物的集合
代谢组学--研究代谢组的一门学科，继基因 组学和蛋白质组学之后发展起来的一门学科， 系统生物学的重要组成部分。
基因与蛋白质的表达紧密相连； 代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又
代谢物数量因物种不同而差异较大：
植物（200 000种）、动物（2500种）、微生物 （1500种）
中英联合实验室
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代谢组包含系列不同化学型的分子
肽、碳水化合物、脂类、核酸以及异源物质 的催化产物等。
代谢组学研究目的
定量分析一个生物系统内所有代谢物的含量 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 揭示生物各代谢网络间的关联性 更系统地认识生物体
–缺乏某mRNA或蛋白质的数据信息时，以上各种 组学就只能为人们提供少量的信息。
–基因组学、转录组学或蛋白组学上的变化 与
基因变更时在生化层面的表现型改变 =？
中英联合实验室
6
• 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；
– 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；
与细胞的营养状态，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。
中英联合实验室
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代谢组学--专门研究生物体系受外部刺激后所产 生的所有代谢产物的变化，能够更准确地反映生 物体系的状态，且位于系统生物学的最下游，是 生物体系整体功能或状态最终结果的表现。
“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生， 而代谢组学则告诉你什么确实发生了。”（Bill Lasley, UC Davis）
– 某些蛋白的结构、浓度会因故发生变化，但由于蛋白可能不具备 活性，从而也不对系统产生影响；
– 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；
• 细胞内许多生命活动发生在代谢物层面，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；