代谢组学分析系统技术指标

代谢组学分析系统

1.工作条件：

1.1 电压：220V（±10%）单相，50Hz(±1)。

1.2 环境温度：19-22o C

1.3 相对湿度：<70%

* 2.设备用途和基本组成

2.1 仪器用途：所提供仪器为高分辨率，高灵敏度、高通量的分析系统，配以

专业的数据分析处理软件构成代谢组学专用分析系统，从而快速

寻找标记物。

2.2 仪器组成

2.2.1 仪器由超效液相色谱-四极杆/二级碰撞室/飞行时间质谱组成的系统，和

专用代谢组学分析软件以及代谢物分析软件构成，具有先进的中医药代

谢组学研究分析功能。

* 2.2.2 质谱主机要求配置同一厂家生产的液相色谱仪，具有良好的兼容性。

* 2.2.3 具备准确质量测定功能

准确质量测定的内标必须有独立于实测样品的通道进入离子源，内标不得

干扰实际样品的数据结果，并且质量准度<2ppm。

2.2.4 真空系统

要求完全被保护的多级真空系统，具有自动断电保护功能，采用分子涡轮

泵。离子源和质谱间有隔断阀。便于源清洗和日常维护。

* 2.2.5 碰撞室具有两级碰撞功能。分为以下部分：

捕获富集单元：具有离子传输富集、碰撞室两种功能

传输单元：具有离子传输、碰撞室两种功能

* 2.2.6 检测器

检测器由单个微通道板离子计数检测，可检测正负离子和采集MS和

MS/MS的数据, TDC转换速率>4.0 GHz。

* 2.2.7 数据采集和处理系统

工作站用于仪器控制和采集, 1024MB RAM, 200GB硬盘，DVD-ROM，

刻录光盘驱动器，1.44MB 3.5英寸软驱。

软件基于Windows XP 操作系统的应用软件包括集成化的仪器控制、数据处理等软件，代谢组学分析软件以及代谢物分析软件等。

3 仪器的详细技术指标

3.1 液相色谱仪

* 液相色谱仪必须是能够耐超高压（1000bar）的超高效液相色谱仪(UPLC)。3.1.1 可编程二元梯度泵。

溶剂数量：4

流速范围：0.010 - 2mL/min，步进0.001mL/min，

流速精度：< 0.075% RSD，流速准确度：±1%，

泵耐压：0 - 15000psi（1000bar）

梯度设定范围：0 - 100%

*系统延迟体积：< 120uL

3.1.2 二极管阵列检测器

波长范围：190-700nm.

*测量范围：0.0001～4.0000AUFS

*采样速率：40点/秒

流通池：500nl低扩散

3.1.3 自动进样器系统

样品数量：96孔板、384孔板、24x4ml瓶、48x2ml瓶

进样范围：0.1- 50 μL,

“针内针”样品探针。

温度范围：4-40摄氏度

3.1.4 在线脱气系统

真空脱气：六通道在线脱气机

3.1.5 柱加热系统

控温范围：室温+5---65摄氏度

3.1.6 专用色谱柱；

* 1.7μ, 2.1 mm x 50 mm Column

数量：共六根

3.2 质谱仪器技术指标

* 3.2.1 质量数范围：MS1 m/z ≤4,000 Da, MS2 m/z ≤100,000 Da

* 3.2.2 分辨率：>175,000（FWHM）

3.2.3 灵敏度:

MS正离子

50 pg/μL leucine enkephalin，每秒钟m/z=556峰的离子计数大于1700。MS正离子（EDC模式）

10 pg/μL leucine enkephalin，每秒钟m/z=556峰的离子计数大于2000。MS负离子灵敏度

500 pg/μL棉子糖，每秒钟m/z=503峰的离子计数大于1800。

MS/MS 正离子灵敏度

100fmol/L[Glu]-Fib rinopeptide B溶液，来源于母离子为m/z=785.8 Da的丰度最强的y碎片峰每秒钟离子计数大于130或者信噪比>50:1

MS/MS 负离子灵敏度

500 pg/μL棉子糖的70/30已腈/水溶液，来源于母离子为m/z=503.2的碎片峰m/z=179.1每秒钟离子计数大于130。

* 3.2.4数据转换速率: >4.0 GHz

* 3.2.5质量测量精度:确保MS、MS/MS高分辨精确测定

MS/MS质量测量精度：150-900 Da ，<2ppm

4. 产品配置要求：

4.1 超高效液相色谱仪

4.1.1二元高压混合泵 1套

4.1.2六通道在线真空脱气机1套

4.1.3自动进样器1套

4.1.4进样泵1套

4.1.5 二极管阵列检测器1套

4.1.6仪器控制系统1套

4.1.7 数据处理系统1套

4.2 四极杆/飞行时间高分辨串联质谱仪

4.2.1离子源:电喷雾电离源1套，大气压化学电离源1套

4.3.2四极杆-飞行时间串联质谱质量分析器1套

4.2.3准确质量测定系统1套

4.2.4仪器控制系统1套

4.2.5数据处理系统1套

4.2.6代谢组学分析系统1套

4.2.7 备品备件1套

出师表

两汉：诸葛亮

先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。

代谢组学的研究方法和研究流程

代谢组学的研究方法和研究流程分子微生物学１12３０0０0３林兵 随着人类基因组计划等重大科学项目的实施，基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用，与此同时, 代谢组学(ｍｅtaｂoloｍiｃs）在2０世纪90年代中期产生并迅速地发展起来，与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0在生命科学领域中发挥了重要的作用，它们分别从调控生命过程的不同层面进行研究, 使人们能够从分子水平研究生命现象, 探讨生命的本质, 逐步系统地认识生命发展的规律.这些组学手段加上生物信息学, 成为系统生物学的重要组成部分。 代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代谢组学研究的是生命个体对外源性物质（药物或毒物)的刺激、环境变化或遗传修饰所做出的所有代谢应答, 并且检测这种应答的全貌及其动态变化。代谢组学方法为生命科学的发展提供了有力的现代化实验技术手段, 同时也为新药临床前安全性评价与实践提供了新的技术支持与保障. 1 代谢组学的概念及发展 代谢组学最初是由英国帝国理工大学Ｊereｍｙ N ichｏｌson教授提出的，他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统，机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。20０0年，德国马普所的Fｉeｈn等提出了代谢组学的概念，但是与Ｎ ichoｌs ｏn提出的代谢组学不同, 他是将代谢组学定位为一个静态的过程，也可以称为/代谢物组学, 即对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性定量分析。同时Ｆieｈn还将代谢组学按照研究目的的不同分为4类: 代谢物靶标分析，代谢轮廓（谱)分析, 代谢组学，代谢指纹分析。现在代谢组学在国内外的研究都在迅速地发展, 科学家们对代谢组学这一概念也进行了完善, 作出了科学的定义: 代谢组学是对一个生物系统的细胞在给定时间和条件下所有小分子代谢物质的定性定量分析，从而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。 与基因组学、转录组学、蛋白质组学相同, 代谢组学的主要研究思想是全局观点。与传统的代谢研究相比, 代谢组学融合了物理学、生物学及分析化学等多学科知识, 利用现代化的先进的仪器联用分析技术对机体在特定的条件下整个代谢产物谱的变化进行检测，并通过特殊的多元统计分析方法研究整体的生物学功能状况。由于代谢组学的研究对象是人体或动物体的所有代谢产物, 而这些代谢产物的产生都是由机体的内源性物质发生反应生成的，因此，代谢产物的变化也就揭示了内源性物质或是基因水平的变化，这使研究对象从微观的基因变为宏观的代谢物，宏观代谢表型的研究使得科学研究的对象范围缩小而且更加直观，易于理解, 这点也是代谢组学研究的优势之一. 代谢组学的优势主要包括：对机体损伤小，所得到的信息量大，相对于基因组学和蛋白质组学检测更加容易。由于代谢组学发展的时间较短, 并且由于代谢组学的分析对象是无偏向性的样品中所有的小分子物质，因此对分析手段的要求比较高, 在数据处理和模式识别上也不成熟，存在一些不足之处。同时生物体代谢物组变化快, 稳定性较难控制，当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使没有相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结果。 代谢组学应用领域大致可以分为以下7个方面：

代谢组学的数据分析技术

代谢组学的数据分析技术 摘要：代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。文章主要综述了将代谢组学中的图谱、数据信息转换为相应的参数所采用的分析方法。 关键词：代谢组学；数据分析方法 代谢组学是以代谢物分析的整体方法来研究功能蛋白如何产生能量和处理体内物质，评价细胞和体液内源性和外源性代谢物浓度及功能关系的新兴学科，是系统生物学的重要组成部分，其相应的研究能反映基因组、转录组和蛋白组受内外环境影响后相互协调作用的最终结果，更接近反映细胞或生物的表型，因此被越来越广泛地应用。而代谢组学的数据分析包括预处理和统计分析方法，多元统计分析方法主要分为两大类：非监督和监督方法，非监督方法包括主成分分析PCA；聚类分析CA等；监督方法包括显著性分析、偏最小二乘法等，本文就是主要综述代谢组学图谱信息转化为参数信息所采用的数据分析方法。 1预处理 数据的预处理过程包括以下：谱图的处理；生成原始的数据矩阵；数据的归一化以及标准化处理过程。针对实验性质、条件以及样品等因素采用不同的预处理方法。在实际应用过程中，预处理可以通过实验系统自带的软件如XCMS软件。进行，因此一般较容易获得所需的数据形式。 2数据分析方法 2.1 主成分分析PCA是多元统计中最常用的一种方法，它是在最大程度上提取原始信息的同时对数据进行降维处理的过程，其目的是将分散的信息集中到几个综合指标即主成分上，有助于简化分析和多维数据的可视化，进而通过主成分来描述机体代谢变化的情况。PCA 的具体过程是通过一种空间转换，形成新的样本集，按照贡献率的大小进行排序，贡献率最大的称为第一主成分，依次类推。经验指出，当累计贡献率大于85％时所提取的主成分就能代表原始数据的绝大多数信息，可停止提取主成分。在代谢组数据处理中，PCA是最早且广泛使用的多变量模式识别方法之一。，具有不损失样品基本信息、对原始数据进行降维处理的同时避免原始数据的共线性问题等优点，但在实际应用过程中，PCA存在着自身的缺点[1]：离群样本点的存在严重影响其生物标志物的寻找；非保守性的代谢组分扰乱正确的分类以及尺度的差异影响小浓度组分的表现等，其他的问题之前也有讨论[2]。针对PCA 的缺陷采用了不同的改进措施，与此同时，为了简化计算，侯咏佳等[3]。提出了一种主成分分析算法的FPGA实现方案，通过Givens算法和CORD IC算法的矢量旋转，用简单的移位和加法操作来实现协方差矩阵的特征分析，只需计算上三角元素，因此计算复杂度小、迭代收敛速度快。 2.2 聚类分析CA是用多元统计技术进行分类的一种方法。其主要原理是：利用同类样本应彼此相似，相类似的样本在多维空间里的彼此距离应较小，而不同类的样本在多维空间里的

代谢组学在医药领域的应用与进展

代谢组学在医药领域的应用与进展 一、学习指导 1.学习代谢组学的概念及内涵，掌握代谢组学的研究对象与分析方法。 2.熟悉代谢组学数据分析技术手段 3.了解代谢组学优势特点 4.了解代谢组学在医药领域的应用 5.了解代谢组学发展趋势 二、正文 基因组功能解析是后基因组时代生命科学研究的热点之一，由于基因功能的复杂性和生物系统的完整性，必然要从“整体”层面上来理解构成生物体系的各个模块功能。随着新的测量技术、高通量的分析方法、先进的信息科学和系统科学新理论的发展，加上生物学研究的深入和生物信息的大量积累，使得在系统水平上研究由分子生物学发现的组件所构成的生命体系成为可能[1]。系统生物学家们认为，将生命科学上升为“综合”科学的时机已经成熟，生命科学再次回到整合性研究的新高度，逐步由分子生物学时代进入到系统生物学时代[2]。系统生物学不同以往的实验生物学仅关注个别基因和蛋白质，它要研究所有基因、蛋白质，代谢物等组分间的所有相互关系，通过整合各组成成分的信息，以数学方法建立模型描述系统结构[3,4]。 （一）代谢组学的概念及内涵 代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后，系统生物学的重要组成部分，也是目前组学领域研究的热点之一。代谢组学术语在国际上有两个英文名，即metabolomics 和metabonomics。Metabolomics是由德国的植物学家Fiehn等通过对植物代谢物研究提出来的，认为代谢组学（metabolomics）是定性和定量分析单个细胞或单一类型细胞的代谢调控和代谢流中所有低分子量代谢产物，从而监测机体或活细胞中化学变化的一门科学[5]。英国Nicholson研究小组从毒理学角度分析大鼠尿液成份时提出了代谢组学（Metabonomics）的概念，认为代谢组学是通过考察生物体系受扰动或刺激后（如某个特定基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或代谢产物随时间的变化来研究生物体系的代谢途径的一种技术[6]。国内的代谢组学研究小组基本用metabonomics一词来表示“代谢组学”。严格地说，代谢组学所研究的对象应该包括生物系统中所有的代谢产物。但由于实际分析手段的局限性，只对各种代谢路径底物和产物的小分子物质（MW<1Kd）进行测定和分析。 （二）代谢组学优势特点 代谢组学作为系统生物学的一个重要组成部分，代谢组可以更好地反映体系表型生物机体是一个动态的、多因素综合调控的复杂体系，在从基因到性状的生物信息传递链中，机体需通过不断调节自身复杂的代谢网络来维持系统内部以及与外界环境的正常动态平衡[7]。

基于核磁共振技术的定量代谢组学研究

基于核磁共振技术的定量代谢组学研究 江春迎, 王映红* (中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 天然药物活性物质与功能国家重点实验室, 北京 100050) 摘要: 核磁共振技术 (NMR) 既可用于混合体系的定性分析, 又可以用于其定量分析。在过去的几十年里, 随着分析技术以及各种实验技术的迅速发展, 基于核磁共振的定量分析方法已广泛应用于生物样本的分析。核 磁共振定量分析技术应用于代谢组学, 并成为定量代谢组学 (quantitative metabolomics) 研究中的重要手段。本 文将论述这种新分析方法相比于传统方法的优势及不足之处, 同时论述其研究过程中需考虑的重要因素以及其 在代谢组学研究中的应用。 关键词: 核磁共振; 代谢; 代谢组学 中图分类号: R917 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2014) 07-0949-07 Quantitative metabolomics based on NMR JIANG Chun-ying, WANG Ying-hong* (State Key Laboratory of Bioactive Substances and Functions of Natural Medicines, Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100050, China) Abstract: Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy can be used to both identify and quantify chemicals from complex mixtures. Over the last several decades, significant technical and experimental advances have made quantitative nuclear magnetic resonance (qNMR) a valuable analytical tool for quantitative measurements of a wide variety of samples. This particular approach is now being exploited to characterize the metabolomes of many different biological samples and is called quantitative metabolomics or targeted metabolic profiling. In this review, some of the strengths, limitations of NMR-based quantitative metabolomics will be discussed as well as the practical considerations necessary for acquisition with an emphasis on their use for bioanalysis. Recent examples of the application of this particular approach to metabolomics studies will be also presented. Key words: qNMR; metabolism; metabolomics 代谢 (metabolism) 是生命活动中所有生物化学反应的总称, 代谢活动是生命活动的本质特征和物质基础。因此, 对代谢物的分析向来就是研究生命活动分子基础的一个重要突破口。由于生物化学反应是连续的, 多数代谢途径之间相互关联, 代谢是以网络的形式在生物系统中发挥作用的, 要认识代谢系统的整体性和网络化, 就需要从整体出发, 采用综合与 收稿日期: 2013-12-15; 修回日期: 2014-03-15. *通讯作者 Tel: 86-10-63165216, E-mail: wyh@https://www.wendangku.net/doc/4114834792.html, 系统的策略, 即系统生物学的思想[1, 2], 这种研究哲学的转变促成了代谢组及代谢组学概念的诞生[3, 4]。它与基因组和基因组学、转录和转录组学、蛋白组和蛋白组学等一起构成了系统生物学, 是整体系统生物学的重要组成部分。 代谢组分析主要使用色谱?质谱联用技术 (GC- MS或LC-MS) 和核磁共振波谱技术 (NMR)。NMR 的优点非常明显: ① NMR样品只需要简单的预处理, 尿液和血清是经常使用的样品; ②无损伤性, 不会破坏样品的结构和性质; ③可在接近生理条件下进 ·综述·

代谢组学技术在烟草研究中的应用进展_王小莉

2016-02，37（1）中国烟草科学 Chinese Tobacco Science 89 代谢组学技术在烟草研究中的应用进展 王小莉，付博，赵铭钦*，贺凡，王鹏泽，刘鹏飞 （河南农业大学烟草学院，国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州 450002） 摘要：简述了作为研究植物生理生化和基因功能新方法的代谢组学在烟草研究中的主要技术流程及其应用现状，归纳了不同生态环境和不同组织中烟草代谢物差异及产生原因，总结了生物和非生物胁迫及化学诱导处理等条件下的烟草生理生化变化及相关基因功能。最后提出了目前烟草代谢组学研究所面临的问题，并指出与其他组学整合应用是代谢组学在烟草研究领域的发展趋势。 关键词：烟草；代谢组学；胁迫；化学诱导；基因功能 中图分类号：S572.01 文章编号：1007-5119（2016）01-0089-08 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.01.016 Research of Metabolomics in Tobacco WANG Xiaoli, FU Bo, ZHAO Mingqin*, HE Fan, WANG Pengze, LIU Pengfei (College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, National Tobacco Physiology and Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002, China) Abstract: Metabolomics has been considered one of the most effective means of investigating physiological and biochemical processes and gene function of plants. Here we review the main process of metabolomics and its application status in tobacco research, the regulation mechanisms of physiological and biochemical reactions when tobacco responds to different environmental, biotic and abiotic stresses, chemically induced processes and genetic modifications. Finally, issues of critical significance to current tobacco metabolomics research are discussed and it is noted that integration with other omics is the trend of metabolomics research in tobacco. Keywords: tobacco; metabolomics; stress; chemical induction; gene function 代谢组学与基因组学、转录组学和蛋白质组学分别从不同层面研究生物体对环境或基因改变的响应，它们都是系统生物学的重要组成部分。植物代谢组学是21世纪初产生的一门新学科，主要通过研究植物的次生代谢物受环境或基因扰动前后差异来研究植物代谢网络和基因功能[1-2]。与微生物和动物相比，植物的独特性在于它拥有复杂的代谢途径，目前发现的次生代谢产物达20万种以上[3]。代谢物差异是植物对基因或环境改变的最终响应[4]，因此，对代谢物进行全面解析，探索相关代谢网络和基因调控机制，是从分子层面深入认识植物生命活动规律的一个重要环节[5-7]。 烟草不仅是重要的经济作物，同时还是一种重要的模式植物，作为生物反应器在研究植物遗传、发育、防御反应和转基因等领域中具有重要意义[8-10]。烟草代谢物非常丰富，目前从烟叶中已鉴定出3000多种[11]，且代谢物理化性质和含量差异较大，给烟草化学及代谢规律研究带来挑战。传统的烟草化学主要集中于研究某一类化学成分或某几种重要物质，如萜类[12]、生物碱类[13]、多酚类等[14]，这很难全面地系统地阐述烟草代谢网络。随着系统生物学的发展，烟草越来越广泛地被用于基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学的研究中，例如采用系统生物学的方法找出 基金项目：中国烟草总公司浓香型特色优质烟叶开发（110201101001 TS-01）；上海烟草集团责任有限公司“浓香型特色优质烟叶风格定位研究及样品检测”（szbcw201201150） 作者简介：王小莉（1983-），女，博士研究生，主要从事烟草生理生化研究。E-mail：xiaoliwang325@https://www.wendangku.net/doc/4114834792.html, *通信作者，E-mail：zhaomingqin@https://www.wendangku.net/doc/4114834792.html, 收稿日期：2015-09-09 修回日期：2015-11-19

代谢组学分析技术的新进展

系统生物学的飞速发展促使科学研究体系发生了巨大 变化，研究理念从以往的“个体论”过渡到当今的“整体论”。而各种“组学”的研究也应运而生，代谢组学即是其中一个重要分支。代谢物是细胞生理活动的最终产物。当细胞所处环境发生变化，如遗传信息改变、毒物药物作用、细菌病毒侵入等时，均会使细胞产生的内源性生物小分子发生相应变化，而代谢组学就是通过研究这些小分子物质来推断生物系统对基因或环境变化而产生的最终应答[1-4]。代谢组学作为一门新兴学科，已广泛应用于毒理学研究、药物研发、疾病的诊断和治疗等方面。与此同时，代谢组学的分析技术也随着研究的深入而不断发展。 代谢组学的概念 早在1983年，Nicholson等[5]首先应用核磁共振氢谱（1H NMR）来检测血浆、血清中的小分子代谢物。而直到1999年，Nicholson等[6]才正式将代谢组学定义为，以动物的体液和组织为研究对象，研究生物体对病理生理刺激或基因修饰产生的代谢物质其质和量的动态变化，关注的对象为相对分子质量在1000以下的小分子化合物。2000年，Fiehn等[7]正式提出“代谢组学（metabolomics）”这个名词。 Fiehn[3]将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：可对代谢物组中某一个特定的组分进行分析，主要用于筛选和要求高灵敏度物质的分析。②代谢物谱分析：可对一种特定的代谢物进行分析，如碳水化合物、氨基酸等，主要在药物研究中描述特定化学药品分解代谢途径[8]。代谢物谱这个概念目前应用已十分广泛，甚至已代替原有的“代谢组学”概念[9]。③代谢物组分析：可在限定条件下对特定生物样品中所有代谢物组分进行定性和定量分析。代谢物组包括细胞内代谢物及细胞外液代谢物，必须要有严格的样品制备和分析技术。④代谢物指纹分析：细胞产生的代谢物通过核磁共振（NMR）或质谱（MS）分析，得到的光谱就是这个代谢物的“指纹”。这种分析方法不分离鉴定具体单一组分，只是对样品进行快速分类。 代谢组学相关技术及进展 代谢组学研究过程包括3个步骤，即样品的制备、代谢物的分离和检测、数据分析及模型的建立[10]。 一、代谢组学的研究样品 因尿液、血清或血浆包含上百种待测物质，获取途径也较方便，已成为目前代谢组学研究中最常用的样本[11]，其他如脑脊液、胆汁、消化液、唾液、精液、羊水等，亦可作为代谢组学研究的样本。 血液样本反映机体对病理或生理刺激的瞬时信息，评价机体的动态平衡。尿液标本常包含一段时间内产生的代谢信息，反映机体当前的生理或病理状态、生物学年龄，也可预测各种先天不足或外环境影响的致病率。组织包含的代谢物可帮助判断该组织所属器官发生生物学进程改变后所产生的分子信息，因此可用来解释机体如何对刺激作出生化应答[11]。 当然，因为样本的制备过程及获取途径不同，选取不同样本，得到的数据会有相应差异。如在血制品中，血浆和血清都可作为代谢组学的研究样本。Liu等[12]通过气相色谱-飞行时间质谱（GC-TOF-MS）方法分别检测血清和血浆中的代谢物谱，发现在血清或血浆的准备过程中，血液的待检时间会影响代谢物的峰面积。这对血浆的影响更大，等待时间越长，血清中某些代谢物含量会显著增高，而血浆中则大大减少，故认为血清更适合作为代谢组学的研究样本。 样品存储也是代谢组学研究中一个重要的环节，主要目的就是尽可能保留最原始的代谢信息，避免实验误差。最佳保存方式是液氮或－80℃的低温冰箱。 二、代谢产物分析技术 NMR光谱技术和MS技术是目前最常用的2种代谢组学分析方法。 1．NMR光谱：NMR技术是最早被用于代谢组学研究的技术之一[5]，其利用原子核在磁场中的能量变化来获得相关核信息。目前常用的有1H-NMR、碳谱（13C-NMR）和磷谱（31P-NMR），其中以1H-NMR应用最为广泛[13]。 NMR技术几乎不需要进行样品前处理，可快速对样本进行分析，即使样本量极少，也可获得大量信息[14]。NMR为非侵入性操作，不破坏样本，是现有代谢组学分析技术中唯一能用于活体和原位研究的技术。同时利用NMR弛豫特性 ·综述· 代谢组学分析技术的新进展 邱青青，燕敏，李琛 （上海交通大学医学院附属瑞金医院外科，上海200025）关键词：代谢组学；分析技术；核磁共振氢谱 中图分类号：R364.2文献标识码：C文章编号：1671-2870（2011）01-0082-04 基金项目：上海市自然科学基金（10411967000） 通讯作者：李琛E-mail:leechendoc@https://www.wendangku.net/doc/4114834792.html,

代谢组学的发展与药物研究开发

专 论代谢组学的发展与药物研究开发X 刘昌孝 (天津药物研究院,天津药代动力学与药效动力学省部共建国家重点实验室,天津　300193) 摘　要　代谢组学是近年来新发展起来的一门组学,其主要研究体系有生物体液、生物组织及单个细胞的代谢组,利 用一些现代的分析技术,如N M R、L C-M S、G C-M S等,取得整个研究体系的多维数据后,利用模式识别和专家系统技术寻 找其中的系统生物学信息。本文从代谢组学的发展,代谢组学的研究范围和研究方法,以及在药物的作用机制和安全性评 价,疾病模型,特别是中药研究的应用等方面予以阐述。 关键词　代谢组学,药物研究开发,作用机制,安全性评价,中药现代研究,疾病诊断 中图分类号:R969 文献标识码:A 文章编号:1006-5687(2005)02-0001-06 Development of metabonomics and drug research and development Liu Chang xiao T ianjin K ey L abor ato ry of P harmaco kinetics and phar macodynamics,T ianjin I nstitute of Phar maceutical R esea rch,T ian-jin,300193 Abstract M etabo no mics is a new"-omics"science developed in r ecent year s.Its major r esearch objects co ver bio-fluid, bio-tissue and metabolome of sing le cell.M odern a nalyt ical techno lo gies such as N M R,L C-M S and G C-M S are used to obtain multi-dim ensio nal data fo r the w hole resear ch sy st em,then pat tern r eco gnit ion and ex pert sy stems are emplo yed to ext ract systemat ic bioinfo rmat ion.In this r eview,the development of met abo nomics,r esearch field,resear ch metho ds and applicatio ns fo r mechanism o f drug action,dr ug to xicity screening,clinical safety and disease diag no sis,specifically in tr aditio na l Chinese medicines ar e intr oduced. Key words M etabonomics,dr ug r esearch and development,m echanism o f dr ug action,dr ug to xicity,tr aditio nal Chinese medicine,disease diagnosis 1　代谢组学研究的形成和发展 基因组(g enome)是指某一生物的所有DNA;基因组学是一门研究生物的整个基因组的科学。转录物组(transcriptome)是指某一生物或细胞所有基因表达的RN A;转录物组学是一门对某一生物或细胞所有基因表达的RNA(如mRNA)进行全面分析的科学。蛋白质组(pro teom e)是指某一生物或细胞在各种不同环境条件下表达的所有蛋白质;蛋白质组学是一门对某一生物或细胞在各种不同环境条件下表达的所有蛋白质进行定性和定量分析的科学。转录组学和蛋白质组学是分别在基因的转录和转录后的蛋白质翻译与修饰两个水平上,研究基因的功能。代谢组学相对于其它组学而言还是一门较新的组学,不过已经显示了其在药物发现过程中的巨大潜力,它可以在药物发现过程的前期就能识别药物的毒性,避免了药物发现过程中的损耗。代谢组学研究有希望成为新药发现与研发过程的一个必需部分[1]。代谢组学作为一门新发展的技术,它是通过考察生物体系受刺激或扰动后(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,来研究生物体系的代谢途径的一种技术[2]。最初人们提出了代谢物组(m etabo lome)的概念,严格地说,代谢物组应该是指某一生物或细胞所有的代谢产物(m etabolite)。在实际工作中,由于分析手段的局限性,更多的人倾向于把代谢物组局限于某一生物或细胞中所有的低分子量代谢产物。与基因组学、转录组学和蛋白质组学相对应,即代谢物组学是一门对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析,以监测活细胞中化学变化的科学。 在人们逐步的研究过程中,提出了一些相关概念,如代谢物靶目标分析(m etabo lite target analysis),代谢轮廓(谱)分析(m etabolic profiling analy sis),代谢组学(metabo no mics)或代谢物组学(m etabo lomics), 1 X收稿日期:2005-04-01 作者简介:刘昌孝,男(1942-),中国工程院院士,研究员,教授,博士生导师,主要从事药理学和药物代谢动力学的研究。现任天津药代动力学与药效动力学部省共建国家实验室主任,国家医药管理局天津药代动力学与临床药理学研究室主任等职。承担国家重大研究项目25项,领导完成100余个新药的药代动力学研究,获得27项科技成果奖,在国内外发表论文200多篇,中英文版专著12部。

代谢组学分析系统技术指标

代谢组学分析系统 1.工作条件： 1.1 电压：220V（±10%）单相，50Hz(±1)。 1.2 环境温度：19-22o C 1.3 相对湿度：<70% * 2.设备用途和基本组成 2.1 仪器用途：所提供仪器为高分辨率，高灵敏度、高通量的分析系统，配以 专业的数据分析处理软件构成代谢组学专用分析系统，从而快速 寻找标记物。 2.2 仪器组成 2.2.1 仪器由超效液相色谱-四极杆/二级碰撞室/飞行时间质谱组成的系统，和 专用代谢组学分析软件以及代谢物分析软件构成，具有先进的中医药代 谢组学研究分析功能。 * 2.2.2 质谱主机要求配置同一厂家生产的液相色谱仪，具有良好的兼容性。 * 2.2.3 具备准确质量测定功能 准确质量测定的内标必须有独立于实测样品的通道进入离子源，内标不得 干扰实际样品的数据结果，并且质量准度<2ppm。 2.2.4 真空系统 要求完全被保护的多级真空系统，具有自动断电保护功能，采用分子涡轮 泵。离子源和质谱间有隔断阀。便于源清洗和日常维护。 * 2.2.5 碰撞室具有两级碰撞功能。分为以下部分： 捕获富集单元：具有离子传输富集、碰撞室两种功能 传输单元：具有离子传输、碰撞室两种功能 * 2.2.6 检测器 检测器由单个微通道板离子计数检测，可检测正负离子和采集MS和 MS/MS的数据, TDC转换速率>4.0 GHz。 * 2.2.7 数据采集和处理系统 工作站用于仪器控制和采集, 1024MB RAM, 200GB硬盘，DVD-ROM，

刻录光盘驱动器，1.44MB 3.5英寸软驱。 软件基于Windows XP 操作系统的应用软件包括集成化的仪器控制、数据处理等软件，代谢组学分析软件以及代谢物分析软件等。 3 仪器的详细技术指标 3.1 液相色谱仪 * 液相色谱仪必须是能够耐超高压（1000bar）的超高效液相色谱仪(UPLC)。3.1.1 可编程二元梯度泵。 溶剂数量：4 流速范围：0.010 - 2mL/min，步进0.001mL/min， 流速精度：< 0.075% RSD，流速准确度：±1%， 泵耐压：0 - 15000psi（1000bar） 梯度设定范围：0 - 100% *系统延迟体积：< 120uL 3.1.2 二极管阵列检测器 波长范围：190-700nm. *测量范围：0.0001～4.0000AUFS *采样速率：40点/秒 流通池：500nl低扩散 3.1.3 自动进样器系统 样品数量：96孔板、384孔板、24x4ml瓶、48x2ml瓶 进样范围：0.1- 50 μL, “针内针”样品探针。 温度范围：4-40摄氏度 3.1.4 在线脱气系统 真空脱气：六通道在线脱气机 3.1.5 柱加热系统 控温范围：室温+5---65摄氏度 3.1.6 专用色谱柱； * 1.7μ, 2.1 mm x 50 mm Column

核磁共振技术在生命科学领域的应用

兵工自动化2013-04 Ordnance Industry Automation 32(4) ·84· doi: 10.7690/bgzdh.2013.04.024 核磁共振技术在生命科学领域的应用 戴曰梅 (山东信息职业技术学院，山东潍坊261061) 摘要：为进一步推动核磁共振技术(nuclear magnetic resonance，NMR)在更多领域与更多学科中的应用，对其在生命科学领域的应用进行研究。介绍核磁共振的原理，分别详细综述核磁共振技术在生物学、药物学和医学诊断等方面的应用，为相关研究应用提供参考借鉴。 关键词：原子核；核磁共振；蛋白质；生物膜；代谢组学；药物发现；药物分析；医学诊断 中图分类号：TP391 文献标志码：A Applications of NMR in Life Sciences Dai Yuemei (Shandong College of Information Technology, Weifang 261061, China) Abstract:Aimed at the further applications of nuclear magnetic resonance (NMR) technology in more fields and disciplines, the NMR’s applications in life sciences were researched. This paper introduced the principles of NMR, describe the applications of NMR in biology, pharmacology and medical diagnosis in detail. All the above would provide references in the related researches and applications. Key words: nuclei; NMR; protein; bio-membrane; metabonomics; drug development; drug analysis; medical diagnosis 0 引言 核磁共振技术(nuclear magnetic resonance，NMR)是一种利用外加恒定磁场，激发磁矩不为零的原子核，使其发生能量跃迁的技术手段。最早的研究始于20世纪一二十年代的分子束实验，之后核磁共振实验技术一直处于基础实验阶段。直至二战结束，美国斯坦福大学的布洛赫(Felix Bloch)和哈佛大学的普舍尔(Edward Mills Purcell)几乎同时分别用不同的新方法，在核磁属性的精确测定方面取得了里程碑式的进展，二人也因此共同获得了1952年的诺贝尔物理奖[1]。而在这一年，瓦里安公司也成功地研制出了世界上第1台商用核磁共振谱仪，并将其首先应用到了石油化工领域。之后，随着对弛豫现象的解释和超导，计算机、傅里叶变换技术的应用以及生物大分子的核磁测量技术等一系列理论和技术手段的突破，核磁共振技术越来越多的应用于其他多领域和多学科[2-5]，尤其是生命科学领域；因此，笔者对其在生命科学领域的应用进行研究，文中的生命科学是一个广义范畴，涉及生物学、药学以及临床医学等多学科。 1 核磁共振的原理 核磁共振是磁共振的一种，磁共振是指在稳恒磁场作用下，磁矩不为零的原子或原子核对电磁辐射能的共振吸收现象。如果此共振由原子核磁矩引起，则为核磁共振(NMR)；如果由电子自旋磁矩引起，则为电子自旋共振(electron spin resonance，ESR)，也称顺磁共振(electron paramagnetic resonance，EPR)。另外还有一种比较特殊的磁共振现象，即铁磁共振(ferromagnetic resonance，FMR)，这是由磁铁物质中的磁畴磁矩引起的。 原子核磁矩最早由泡利(Pauli)提出，他认为原子核具有磁矩，且核磁矩与其本身的自旋运动相关。核磁矩(μ)一般用来表示原子核的磁性大小，计算公式为μ=νhI，h为普朗克常数，I为自旋，即自旋量子数的简称，I具有方向性，因此μ也具有方向性。ν为旋磁比，实际上是原子核磁性大小的度量，ν值越大，原子核磁性越强，ν值越小，原子核磁性越弱。在天然同位素中，氢核(质子)的ν值最大，可达42.6 MHz/T，因此质子的μ值最大，其核磁检测灵敏度也相应地达到最高，而这也是质子成为核磁共振研究的首选对象的原因之一。 将磁矩不为零的原子核置于磁场中，核磁矩将绕磁场做拉莫尔运动，若在垂直于外磁场的方向上再加上一个交变磁场，当外加交变磁场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的原子核便能吸收射频能，从而从低能态跃迁到高能态，即发生所谓的核磁共振现象。没有自旋的原子核(I=0，如14C，16O，32S等)磁矩为零，不能在外加交变磁场的作用下产生能态跃迁，因此也观察不到核磁共 收稿日期：2012-10-25；修回日期：2012-11-17 作者简介：戴曰梅(1973—)，女，山东人，硕士，讲师，从事应用电子技术、计算机应用技术研究。

代谢组学综述

代谢组学综述 摘要：代谢组学是20世纪90年代中期发展起来的对某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科,由于其广泛的应用前景,目前已成为系统生物学的重要组成部分。现简要介绍了代谢组学的含义、代谢组学研究的历史沿革、当前代谢组学研究中的分析技术、数据解析方法,综述了代谢组学在药物毒理学研究、疾病诊断、植物和中药等领域的应用情况,并对当前代谢组学研究中存在的问题及发展趋势进行探讨。 关键词：代谢组学研究技术 随着人类基因组计划等重大科学项目的实施,基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用, 与此同时, 代谢组学（metabolomics）在20世纪90年代中期产生并迅速地发展起来, 与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0在生命科学领域中发挥了重要的作用, 它们分别从调控生命过程的不同层面进行研究, 使人们能够从分子水平研究生命现象, 探讨生命的本质, 逐步系统地认识生命发展的规律。这些组学手段加上生物信息学, 成为系统生物学的重要组成部分。 代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代谢组学研究的是生命个体对外源性物质(药物或毒物)的刺激、环境变化或遗传修饰所做出的所有代谢应答, 并且检测这种应答的全貌及其动态变化。代谢组学方法为生命科学的发展提供了有力的现代化实验技术手段, 同时也为新药临床前安全性评价与实践提供了新的技术支持与保障。 1 代谢组学的概念及发展 代谢组学最初是由英国帝国理工大学Jeremy N icholson教授提出的, 他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统, 机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。2000年, 德国马普所的Fiehn等提出了代谢组学的概念, 但是与N icholson提出的代谢组学不同, 他是将代谢组学定位为一个静态的过程, 也可以称为/代谢物组学, 即对限定条件下的特定生物样品中所有代

核磁共振技术在植物代谢研究中的应用

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/4114834792.html, 核磁共振技术在植物代谢研究中的应用 作者：赵燕丁立建 来源：《现代仪器与医疗》2013年第01期 摘要基于核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance， NMR）和模式识别技术的代谢组学研究是近几年发展起来的一种新的组学技术。该文简要综述核磁共振技术用于植物代谢研究的实验设计、图谱的获取、模式识别技术及其最新应用。 关键词核磁共振植物代谢组学模式识别技术 代谢组学是定量研究生物体内源性代谢物整体及其变化规律的科学，它与基因组和基因 组学、转录组和转录组学、蛋白组和蛋白组学等一起构成系统生物学（systems biology），是整体系统生物学（global systems biology）的重要组成部分。植物代谢组学是代谢组学的一个 重要分支，很多研究集中在细胞代谢组学这个相对独立的分支。与传统植物化学研究不同，它是从整体出发，系统地、全面地研究植物中代谢产物的成分、结构、合成途径及相关的基因功能，判断基因表达水平的变化，从而推断基因的功能及其对代谢流的影响[1]。 核磁共振技术作为研究代谢组学中结构分析的一种有利工具，已经有20多年的历史，广泛应用于植物代谢、微生物代谢、药物毒性和疾病诊断中[2～5]。该方法对样品无损伤，不破坏样品的结构和性质，无辐射损伤；可在一定的温度和缓冲液范围内选择实验条件，能够在接近生理条件下进行实验；可研究化学交换、扩散及内部运动等动力学过程，给出丰富的有关动态特性信息[6]。同时，混合物中不同代谢物的核磁共振响应系数一致，属于无偏向检测技 术。由于植物代谢要比微生物、药物等的代谢复杂，尤其是水生植物代谢研究很少，本文就核磁共振技术在植物代谢研究中的最新应用及所面临的主要问题进行综述。 1 代谢组分析技术与模式识别方法 1.1 代谢组核磁共振技术的分析过程 代谢组学研究一般包括4个步骤：（1）确定研究对象，给予研究对象一定的刺激，如基因的改变，体内生物过程的催化或抑制，致病或致病物质的引入，以及各种环境因素的改变和刺激时间、强度的变化等等；（2）样品的前处理，前处理方法将依赖代谢物提取方法进行选择，如氯仿提取、酸提取、水提取、甲醇提取等[7～9]；（3）用核磁共振分析手段测定其中 代谢物的种类、含量等数据并对这些数据进行预处理，包括滤噪、重叠峰解析、峰对齐、峰匹配、标准化和归一化等，将这些元数据转变为适合多变量分析的数据形式，使相同的代谢产物在生成的数据矩阵中由同一个变量表示，所有样品具有相同的变量数；（4）采用模式识别和多维统计分析等方法进行数据分析，建立代谢物时空变化与生物体特性的关系，达到从不同层次和水平上阐述生物体对相应刺激响应目的。

浅谈最常用的代谢组学分析方法

代谢组学是一门对某一生物或细胞所有低分子质量代谢产物（以相对分子质量<1000的有机和无机的代谢物为研究核心区）进行分析的新兴学科。生物样本通过NMR、GC-MS、LC-MS等高通量仪器分析检测后，能产生大量的数据，这些数据具有高维，少样本、高噪声等复杂特征，同时代谢物多且代谢物之间联系密切，因此从复杂的代谢组学数据中确定与所研究的现象有关的代谢物，筛选出候选生物标记物成为代谢物组学研究的热点和难点。 代谢组学分析数据用于统计分析时，数据集通常为一个N ×K 的矩阵（X矩阵），N表示N个样本数，每一行代表一个样品，K表示K个变量，每一列代表一个变量，在代谢组学中变量通常是指代谢物含量。常用的分析方法如图1所示： 数据分析方法 单变量分析 多变量分析差异倍数分析 显著性检验 无监督分析 有监督分析 PLS-DA PCA OPLS-DA 图1 代谢组学常用的数据分析方法 单变量分析 单变量分析方法仅分别分析单个变量，不考虑多个变量的相互作用与内在联系。具有简单性、易应用性和可解释性。但是无法基于整

体数据对所测样品的优劣、差异进行综合评价和分析。 （1）差异倍数分析 差异倍数变化大小（Fold Change，FC）表示实验组与对照组的含量比值，可以快速考察各个代谢物在不同组别之间的含量变化大小。（2）显著性检验 p值即概率，反映某一事件发生的可能性大小，用于区分该变量是否具有统计显著性，通常认为p<0.05具有统计显著性。常用的检验方法有t-test、方差分析（Analysis of Variance，ANOVA），但是由于代谢组学的变量较多，必要时需要进行多重假设检验，对p值进行校正，减少Ⅰ类错误，降低假阳性。 多变量分析 多变量分析方法能同时处理数百或数千个变量，并且能处理变量之间的相互关系。利用变量之间的协方差或相关性，使原始数据在较低维空间上的投影能尽可能地捕获数据中的信息。但是如果存在大量无信息变量可能会妨碍多变量分析的能力，无信息变量的数量越多，减少真阳性数量的效果就越显著。 多变量分析分为无监督分析方法和有监督分析方法。在代谢组学分析中无监督学习有主成分分析（Principal Component Analysis，PCA），只需要数据集X，而有监督分析方法主要是偏小二乘判别分析（Partial Least Squares Discrimination Analysis, PLS-DA）和正交偏小二乘判别分析（Orthogonal Partial Least Squares