代谢组学技术幻灯片.ppt

近来, 两种新质谱技术傅立叶变换回旋共振质谱(Fourier transform ion cyclotron resonancemass spectrometry, FTICR-MS)和毛细管电泳质谱(capillary electrophoresis mass spectrometry, CE-MS)被用于代谢物图谱分析。FTICR-MS 具有高通量的优点, 可检测上千种代谢物, 但不能区分异构体限制了它的应用; CE-MS 检测灵敏度较高, 可以检测低丰度代谢物, Soga 等利用CE-MS 在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中检测到一千多种代谢物。 　 质谱谱图数据库收录了大部分常用化合物的质谱数据，检索途径为质荷比检索，丰度检索以及组合检索，可获取化合物质谱谱图，物化性质等信息。 高效液相层析High performance liquid chromatography 　　 70年代新发展的层析法。其特点是：用高压输液泵，压强最高可达34个标准大气压。用直径约3～10微米的超细支持物装填均匀的不锈钢柱。这种支持物能承受很高的压力，化学性能稳定。用不同类型支持物的HPLC，可做吸附层析、离子交换层析和凝胶过滤层析。其分析微量化可达10-10克水平。但用于制备，可以纯化上克的样品。展层时间短，一般需几分钟到10余分钟。其分析速度、精确度可与气相层析媲美。HPLC适于分析分离不挥发和极性物质。而气相层析只适用于挥发性物质，两者互为补充，都是目前最为理想的层析法。HPLC在生物化学、化学、医药学和环境科学的研究中发挥了重要作用。 HPLC图谱 Liquid chromatography-mass spectrometry 气相色谱 气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法。由于样品在气相中传递速度快，因此样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物质很多，因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点。 gas chromatography 1.乙醛 2.甲醇 3.乙醇 4.正丙醇 5.乙酸乙酯 6.仲丁醇 7.异丁醇 8.乙缩醛 9.正丁醇 10.乙酸 11.异戊醇 12.丁酸乙酯 13.丙酸 14.乳酸乙酯 15.丁酸 16.己酸乙酯 白酒分析：GC A gas chromatograph (right) directly coupled to a mass spectrometer (left) 乙氧氟草醚GC-MS质谱图 采用何种分析技术主要取决于待分析生物系统的种类以及要解决何种科学问题。NMR 可以快速、无损伤性地进行代谢物的体内(in vivo)或体外(in vitro)比较分析。直接应用MS进行代谢物分析虽然速度也较快, 但具有灵敏度以及分辨率较低的缺点。将MS与GC或LC联用(GC-MS 或LC-MS), 虽然降低了分析速度, 但却提高了分析灵敏度以及分辨率。而且基于质谱的分析技术已长期用于代谢物指纹图谱分析,具有比较成熟的样品制备、数据采集以及分析等操作程序。 3 代谢组学数据采集与分析 与转录组、蛋白质组研究一样, 代谢物可以通过与对照样品的比值进行相对定量。通过添加标准参照物以及对代谢物进行同位素标记, 可以获得绝对定量的代谢组数据集。此外, 数据采集的重复性以及采用何种数据处理方法对代谢组分析结果的影响很大。 一旦获得代谢组的定量数据集, 可以采用已在转录组、蛋白质组分析中得到应用的多种数据分析策略进行代谢组数据分析, 这些分析策略的基本原则是比较实验组与对照组之间代谢物水平差异,并利用统计方法评估这些差异的显著性。 代谢组数据的分析离不开化学统计学的应用。在利用NMR 和MS 进行的代谢组学研究中, 化学统计学是指利用数学或统计工具进行光谱处理、峰比对、异常值检测以及数据均一化等。多变量分析是分析代谢组研究产出的复杂数据的一种有效方法, 其中PCA(principal component analysis，主成分分析)是一种将原始特征压缩至最小可能性成分数的维数缩减方法, 即用较少的综合性变量代替原来众多的相关性变量, 使有关的研究简化。PCA 已成为代谢组研究中最常规的分析方法。 此 外 ,偏最小二乘法(partial least squares method，PLS) 、独立成分分析(independent component analysis)、正则相关系数(ca