代谢组学：基于质谱的研究方法-张富昌课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
代谢物的一系列统计分析工具、帮助鉴定代谢物的代谢物数据库， 以及最终绘制分子间相互作用网络图的生物信息学软件等。
学习交流PPT
10
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
气相色谱和质谱(GC/MS)是分析挥发性化学物质的有效组合。 气相色谱使用运载气推动分析物通过涂渍的熔融石英毛细管。 基于分析物在气相和毛细管内涂层之间的不同分配实现分离。
学习交流PPT
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
因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
学习交流PPT
13
二、GC-MS和LC-MS
学习交流PPT
8
二、GC-MS和LC-MS
2、代谢组学中所用的分离技术
气相色谱(GC) GC 要求挥发性，要用化学衍生化的样品
液相色谱(LC) 不能完全解决代谢组中亲水组分的分离问题
毛细管电泳(CE) 所用的缓冲液却不能与质谱仪的离子源兼容
亲水相互作用色谱(HILIC)
学习交流PPT
9
二、GC-MS和LC-MS
学习交流PPT
3
一、代谢组学基本知识
2、代谢组学的一般流程
代谢组学
发现代谢组学
靶向代谢组学
学习交流PPT
4
一、代谢组学基本知识
3、发现代谢组学的一般流程
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
在代谢谱分析过程中，并不一定要知道该化合物/ 代谢 物是什么。但为了在不同次的样品分析之间跟踪这些化合物， 必需要用到其物理性质
学习交流PPT
18
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
1、 分析，包括代谢物的分离和检测，一般采用GC/MS 或 LC/MS
2、 寻找特征，包括寻找样品中的所有代谢物。一个代谢 物检测不到，就意味着丧失了一次机会；因此尽可能多地检 测出样品中的代谢物至关重要
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 寻找特征 方面： 安捷伦提供自动化质谱解卷积和鉴定软件(AMDIS) 进行解卷 积，该软件是NIST 谱库检索软件包的一部分。AMDIS 软件 包设计用于： • 发现相关的协变离子，用单组分色谱峰表示
• 从复杂的GC/MS 数据中提取出单纯组分质谱图
• 重建用于EI 谱库检索的质谱图
学习交流PPT
19
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
学习交流PPT
20
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正
4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异
5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索
6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
代谢组学：基于质 谱的研究方法
汇报人：张富昌 指导教师：田中民
2014年4月13日
学习交流PPT
1
内容提要
一、代谢组学基本知识 二、 GC-MS和LC-MS 三、发现代谢组学
学习交流PPT
2
一、代谢组学基本知识
1、什么是代谢组学
代谢组学是通过比较对照组和实验组的代谢组 （metabolomes，某一生物的所有代谢物组分），以寻 找其它代谢谱差异的研究方法。这些差异可能与临床 生物标志物发现中研究的某些疾病相关，也可能与药 物研发毒理研究中候选药物摄入后的代谢改变有关。
安捷伦的Mass Profiler 专业软件让您能够轻松输入、标准化、 比较并图形化显示大样本组的GC/MS 和LC/MS 数据，从而 快速发现代谢物标志物，并支持元数据分析。我们用的是 SIMCA-P
学习交流PPT
24
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 数据标准化和统计学分析 方面：
在 寻找特征 方面：
安捷伦的MassHunt er LC/MS 工作站软件包含获得专利的分 子特征提取算法，专为精确质量LC/MS 飞行时间数据而设计， 能够识别与单一化合物相关的协变离子。此外，它还能识别和 解析常见的电喷雾干扰离子，如钠加合离子或二聚体的形成。
对这些离子鉴别和分组可以改善统计分析所用的定量估算， 并从随后的分析中除去伪数据
学习交流PPT
25
三、发现代谢组学
4Fra Baidu bibliotek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
学习交流PPT
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
学习交流PPT
15
二、GC-MS和LC-MS
6、LC/MS 、GC/MS分析化合物的范围
学习交流PPT
16
三、发现代谢组学
1、发现代谢组学的概念
发现代谢组学主要是将对照组和实验组的代谢组（某一生物 体的全部代谢物）进行比对，以找出其代谢谱的差异。 发现代谢组学分析一般包括以下几个步骤： • 代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对照 样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物 • 鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢物的化学结构 • 解释，研究流程的最后一步，解释所发现的代谢物与生物 过程或生物状态之间的关联
学习交流PPT
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
学习交流PPT
30
学习交流PPT
7
二、GC-MS和LC-MS
1、质谱在代谢组学中的应用
质谱(MS)因具有广泛的动态范围、能进行可重现的定 量分析，而且能够分析非常复杂的生理体液，已被用于 代谢组学的研究中。由于这类样品的复杂性，为了尽可 能多地检测代谢物，在质谱分析之前常常还要进行分离 （气相色谱、液相色谱或毛细管电泳）
学习交流PPT
21
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 分析 方面： • 良好的重现性，以便对大量样品进行比对和校正
• 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样品
• 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过6 个数量
学习交流PPT
22
三、发现代谢组学
14
二、GC-MS和LC-MS
5、LC/MS 分析
目前没有可用于LC/MS 鉴定的谱库。但由于LC/MS 分析中 通常都有分子离子，其质量可以用代谢物数据库进行检索，如 METLIN 数据库
Q-TOF可以通过分子离子计算出经验式 LC/MS 最适合作为未知代谢物研究中的探索方法，或者在多 种目标代谢物由于挥发性问题不能用GC/MS 进行分析时采用
学习交流PPT
28
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 鉴定 方面：
METLIN数据库：
安捷伦METLIN 个人代谢物数据库软件是目前最全面的代谢 物数据库
可以根据关键词、分子式、化合物名称，或K E G G 、C A S 、 HMP 或METLIN 编号进行信息查询
该数据库软件能够与MassHunt er Prof iler 专业软件无缝整合， 共同进行统计学处理和通路分析
在 分析 方面：
以下几点对代谢谱分析非常重要： • 良好的LC 和MS 重现性，以便对大量样品进行比对和校正 • 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样 品 • 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过5 个数量级
学习交流PPT
27
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
学习交流PPT
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
学习交流PPT
23
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 数据标准化和统计学分析 方面： 统计学分析软件需要具备以下功能： • 从大样本组和复杂的实验设计中，对数据（包括元数据）进 行轻松输入、标准化和对比 • 发现复杂的实验设计中数据间的联系—不局限于两两对比 • 鉴定后能够通过通路分析进行生物学解释
学习交流PPT
11
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
电子轰击电离(EI)是GC/MS 最常用的电离技术，非常耐用 而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
学习交流PPT
5
一、代谢组学基本知识
4、靶向代谢组学的一般流程
靶向代谢组学分析的重点是采用大量天然和生物变异 样本，验证预先确认的代谢物。需要用分析标准品进行 定量分析。
学习交流PPT
6
一、代谢组学基本知识
5、代谢组学的一般流程
5、LC/MS 分析
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
电喷雾(ESI) 和大气压化学电离(APCI)是LC/MS 最常用的两 种电离技术-----ESI 和APCI 都可能出现离子抑制，因此共洗脱 化合物可能被低估甚至检测不到
学习交流PPT
学习交流PPT
10
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
气相色谱和质谱(GC/MS)是分析挥发性化学物质的有效组合。 气相色谱使用运载气推动分析物通过涂渍的熔融石英毛细管。 基于分析物在气相和毛细管内涂层之间的不同分配实现分离。
学习交流PPT
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
因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
学习交流PPT
13
二、GC-MS和LC-MS
学习交流PPT
8
二、GC-MS和LC-MS
2、代谢组学中所用的分离技术
气相色谱(GC) GC 要求挥发性，要用化学衍生化的样品
液相色谱(LC) 不能完全解决代谢组中亲水组分的分离问题
毛细管电泳(CE) 所用的缓冲液却不能与质谱仪的离子源兼容
亲水相互作用色谱(HILIC)
学习交流PPT
9
二、GC-MS和LC-MS
学习交流PPT
3
一、代谢组学基本知识
2、代谢组学的一般流程
代谢组学
发现代谢组学
靶向代谢组学
学习交流PPT
4
一、代谢组学基本知识
3、发现代谢组学的一般流程
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
在代谢谱分析过程中，并不一定要知道该化合物/ 代谢 物是什么。但为了在不同次的样品分析之间跟踪这些化合物， 必需要用到其物理性质
学习交流PPT
18
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
1、 分析，包括代谢物的分离和检测，一般采用GC/MS 或 LC/MS
2、 寻找特征，包括寻找样品中的所有代谢物。一个代谢 物检测不到，就意味着丧失了一次机会；因此尽可能多地检 测出样品中的代谢物至关重要
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 寻找特征 方面： 安捷伦提供自动化质谱解卷积和鉴定软件(AMDIS) 进行解卷 积，该软件是NIST 谱库检索软件包的一部分。AMDIS 软件 包设计用于： • 发现相关的协变离子，用单组分色谱峰表示
• 从复杂的GC/MS 数据中提取出单纯组分质谱图
• 重建用于EI 谱库检索的质谱图
学习交流PPT
19
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
学习交流PPT
20
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正
4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异
5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索
6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
代谢组学：基于质 谱的研究方法
汇报人：张富昌 指导教师：田中民
2014年4月13日
学习交流PPT
1
内容提要
一、代谢组学基本知识 二、 GC-MS和LC-MS 三、发现代谢组学
学习交流PPT
2
一、代谢组学基本知识
1、什么是代谢组学
代谢组学是通过比较对照组和实验组的代谢组 （metabolomes，某一生物的所有代谢物组分），以寻 找其它代谢谱差异的研究方法。这些差异可能与临床 生物标志物发现中研究的某些疾病相关，也可能与药 物研发毒理研究中候选药物摄入后的代谢改变有关。
安捷伦的Mass Profiler 专业软件让您能够轻松输入、标准化、 比较并图形化显示大样本组的GC/MS 和LC/MS 数据，从而 快速发现代谢物标志物，并支持元数据分析。我们用的是 SIMCA-P
学习交流PPT
24
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 数据标准化和统计学分析 方面：
在 寻找特征 方面：
安捷伦的MassHunt er LC/MS 工作站软件包含获得专利的分 子特征提取算法，专为精确质量LC/MS 飞行时间数据而设计， 能够识别与单一化合物相关的协变离子。此外，它还能识别和 解析常见的电喷雾干扰离子，如钠加合离子或二聚体的形成。
对这些离子鉴别和分组可以改善统计分析所用的定量估算， 并从随后的分析中除去伪数据
学习交流PPT
25
三、发现代谢组学
4Fra Baidu bibliotek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
学习交流PPT
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
学习交流PPT
15
二、GC-MS和LC-MS
6、LC/MS 、GC/MS分析化合物的范围
学习交流PPT
16
三、发现代谢组学
1、发现代谢组学的概念
发现代谢组学主要是将对照组和实验组的代谢组（某一生物 体的全部代谢物）进行比对，以找出其代谢谱的差异。 发现代谢组学分析一般包括以下几个步骤： • 代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对照 样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物 • 鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢物的化学结构 • 解释，研究流程的最后一步，解释所发现的代谢物与生物 过程或生物状态之间的关联
学习交流PPT
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
学习交流PPT
30
学习交流PPT
7
二、GC-MS和LC-MS
1、质谱在代谢组学中的应用
质谱(MS)因具有广泛的动态范围、能进行可重现的定 量分析，而且能够分析非常复杂的生理体液，已被用于 代谢组学的研究中。由于这类样品的复杂性，为了尽可 能多地检测代谢物，在质谱分析之前常常还要进行分离 （气相色谱、液相色谱或毛细管电泳）
学习交流PPT
21
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 分析 方面： • 良好的重现性，以便对大量样品进行比对和校正
• 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样品
• 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过6 个数量
学习交流PPT
22
三、发现代谢组学
14
二、GC-MS和LC-MS
5、LC/MS 分析
目前没有可用于LC/MS 鉴定的谱库。但由于LC/MS 分析中 通常都有分子离子，其质量可以用代谢物数据库进行检索，如 METLIN 数据库
Q-TOF可以通过分子离子计算出经验式 LC/MS 最适合作为未知代谢物研究中的探索方法，或者在多 种目标代谢物由于挥发性问题不能用GC/MS 进行分析时采用
学习交流PPT
28
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 鉴定 方面：
METLIN数据库：
安捷伦METLIN 个人代谢物数据库软件是目前最全面的代谢 物数据库
可以根据关键词、分子式、化合物名称，或K E G G 、C A S 、 HMP 或METLIN 编号进行信息查询
该数据库软件能够与MassHunt er Prof iler 专业软件无缝整合， 共同进行统计学处理和通路分析
在 分析 方面：
以下几点对代谢谱分析非常重要： • 良好的LC 和MS 重现性，以便对大量样品进行比对和校正 • 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样 品 • 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过5 个数量级
学习交流PPT
27
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
学习交流PPT
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
学习交流PPT
23
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 数据标准化和统计学分析 方面： 统计学分析软件需要具备以下功能： • 从大样本组和复杂的实验设计中，对数据（包括元数据）进 行轻松输入、标准化和对比 • 发现复杂的实验设计中数据间的联系—不局限于两两对比 • 鉴定后能够通过通路分析进行生物学解释
学习交流PPT
11
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
电子轰击电离(EI)是GC/MS 最常用的电离技术，非常耐用 而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
学习交流PPT
5
一、代谢组学基本知识
4、靶向代谢组学的一般流程
靶向代谢组学分析的重点是采用大量天然和生物变异 样本，验证预先确认的代谢物。需要用分析标准品进行 定量分析。
学习交流PPT
6
一、代谢组学基本知识
5、代谢组学的一般流程
5、LC/MS 分析
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
电喷雾(ESI) 和大气压化学电离(APCI)是LC/MS 最常用的两 种电离技术-----ESI 和APCI 都可能出现离子抑制，因此共洗脱 化合物可能被低估甚至检测不到
学习交流PPT