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                  代謝組學常見問題(一):基礎理論篇

                  發布日期:2020.03.23

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                  什么是代謝組學?

                  代謝組學(Metabonomics/Metabolomics)是20世紀90年代末期發展起來的一門新興學科,是研究關于生物體被擾動后(如基因的改變或環境變化后)其代謝產物(內源性代謝物質)種類、數量及其變化規律的科學。
                  代謝組學著重研究的是生物整體、器官或組織的內源性代謝物質的代謝途徑及其所受內在或者外在因素的影響及隨時間變化的規律。代謝組學通過揭示內在和外在因素影響下,生物體的代謝整體的變化軌跡來反映某種生理或病理的一系列發展過程。

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                  代謝組學有哪些研究方式?

                  根據有沒有研究目標或方向來確定,在不確定代謝物或者代謝途徑時可使用非靶向代謝組學尋找切入點,在有目標時則使用靶向定量進行深入研究,針對性研究脂質的則可以使用脂質組學技術。另外最新的,譜領生物還提供基于穩定性同位素示蹤技術的代謝流組學技術服務來研究代謝流量問題。

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                  代謝組學特點有哪些?


                  (1) 代謝處于系統生物學的末端,更能反映基因與外部環境互作的真實情況,因此,在多數生物表型研究上更加適用。
                  (2) 常規代謝組學只關注內源性化合物,也有使用代謝組學技術測定外源性化合物的。內源性化合物的上調和下調指示了與疾病、毒性、基因修飾或環境因子的影響。
                  (3) 高通量定量和定性研究生物小分子化合物。
                  (4) 內源性化合物的結果可以作為疾病的診斷、藥物篩選或者其他分型評估等潛在生物標志物。

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                  什么是非靶向代謝組學、靶向代謝組學?

                  (1) 非靶向代謝組學(Untargeted metabolomics)即非目標代謝組學或發現代謝組學,無偏向性地對所有小分子代謝物(一般相對分子量小于1000)同時進行檢測分析的代謝組學。
                  (2) 靶向代謝組學(Trgeted metabolomics)則為目標性代謝組學,著重對于設定好的目標代謝物進行定性、量檢測分析和研究。

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                  什么是脂質組學?脂質組學有哪些應用前景?


                  脂質組學是對整體脂質進行系統分析的一門新興學科,是代謝組學的一門細化技術,脂質組學通過比較不同生理狀態下脂代謝網絡的變化,進而識別代謝調控中關鍵的脂生物標志物,最終揭示脂質在各種生命活動中的作用機制。
                  脂質組學主要使用的設備為超高效液相色譜串聯質譜(高分辨質譜和三重四極桿質譜),該類設備目前已能對各種脂質,尤其是磷脂進行高分辨率、高靈敏度、高通量的分析。隨著質譜技術的進步,脂質組學在疾病的脂質生物標志物的識別、疾病診斷、藥物靶點及先導化合物的發現和藥物作用機制的研究等方面已展現出廣泛的應用前景。

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                  相比于其他組學,代謝組學有哪些特殊的優勢?

                  系統生物學有基因組學、轉錄組學、蛋白組學和代謝組學。
                  代謝組學作為系統生物學的一個重要的分支,與其他組學相比有著其特有的優勢,主要體現在以下幾點:
                  (1) 基因與蛋白質表達的微小變化會在相應代謝物水平上得到放大,更容易被檢測。
                  (2) 代謝物的種類要遠小于基因和蛋白的數目。
                  (3) 可與生物表型變化建立直接相關性。
                  (4) 目前基因和蛋白質功能的研究相對有限,大多基因和蛋白的功能未知。而很多內源性小分子化合物的生化代謝網絡已有深入研究,更容易進行生物意義分析。

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                  代謝組學有哪些應用?

                  近年來,代謝組學技術得到了迅速發展,主要可應用于:
                  功能基因組學、疾病早期診斷、病因病機研究、藥物毒理學、中醫藥現代化、植物代謝組學、微生物代謝組學、營養學、環境科學等生命科學的各個領域。

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                  為什么要選擇代謝組學?

                  在問答這個問題之前,首先需要明確的是代謝組學的目標分析物主要為生物小分子及其代謝產物,如糖、有機酸、脂質、維生素、氨基酸、芳香烴之類等化合物。所以,如果關注的是小分子物質,那么采用代謝組學的方法,可以對樣品內檢測到的小分子物質進行定性、定量分析。
                  其次,不同于基因組學和蛋白組學,代謝組學的研究反映某一時刻下正在發生的生命活動情況,研究代謝物的表達量、代謝物與生理病理變化的關系,能夠幫助尋找新的生物標記物,發現新的代謝途徑,以及更進一步深入了解目前已知的這些途徑,應用于疾病的早期診斷、藥物靶點的發現、疾病的病理生理研究。

                  END

                  下一節,我們繼續講解代謝組學儀器方面的基礎知識。




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