《高通量组学技术简介》.ppt

高通量组学技术简介 目录 代谢组学及其相关技术 蛋白质组学及其相关技术 糖组学及其相关技术 脂质组学及其相关技术 代谢组学 代谢物组学（metabolomics）是在后基因组学时代兴起的一门跨领域学科，其主要目标是定量的研究生命体对外界刺激、病理生理变化、以及本身基因突变而产生的其体内代谢物水平的多元动态反应。 代谢物组学诞生于上个世纪末，由英国伦敦帝国大学Jeremy Nicholson教授创立，之后得到迅速发展并渗透到多项领域，比如疾病诊断、医药研制开发、营养食品科学、毒理学、环境学，植物学等与人类健康护理密切相关的领域。 常用技术手段 色谱-质谱联用技术 色谱是分离混合物的有效方法,但难以得到结构信息,主要靠与标样对比来达到未知物结构的推定;质谱法提供了丰富的结构信息,用样又是几种谱学方法中用量最少的。因此色谱与质谱的结合,成为分离和鉴定复杂样品的理想手段,这是单独采用色谱、质谱所不及的,同时也不存在类似于NMR技术灵敏度低、检测动态范围窄弱点,有较高的灵敏度和专属性。 色质联用技术已在代谢组学领域得到广泛应用,特别是液质联用(LC-MS)、气质联用(GC-MS)以及毛细管电泳-质谱联用技术(CE-MS)。LC-MS的应用涉及毒理、植物代谢、遗传学、真菌的代谢等诸多领域的不同类小分子物质的定性与定量。GC-MS要求足够的蒸气压和被分析物的热稳定性好,特别对极性物质的分析前要进行样品的衍生化处理。但其高效、高选择性、高灵敏度、用量少和分析速度快的优点是其得到广泛应用的主要原因。 GC与TOF/MS以及四极杆质谱的联用在代谢组学的研究中发挥了自身的优越性。CE-MS也是代谢组学中强大的分析工具。Soga等分析了细菌代谢物经三重CE分离后的近千种小分子物质,有利于代谢物的系统性分析。此外,毛细管电色谱(capillary electrochromatography, CEC),与质谱的联用在蛋白、多肽、氨基酸和糖类的分析中得到应用。 核磁共振技术 核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)是一种基于具有自旋性质的原子核在核外磁场作用下,吸收射频辐射而产生能级跃迁的谱学技术。其特点为: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;可设计多种编辑手段,实验方法灵活多样。基于这种特点,核磁共振技术对完整器官或组织细胞内许多微量代谢组分进行检测,得到相应的生物体代谢物信息。 综合分析这些信息所反映的生物学意义,可了解生物体代谢的规律。二维和多维的核磁共振技术也成为了代谢组学研究领域的重要技术。另外,NMR技术还可以和色谱技术联用,充分发挥各自优势,达到更为理想的分析效果。相关的高性能联用技术将会用于小分子代谢物的定性与定量。 代谢组学的优势与劣势 蛋白质组学 蛋白质组定义为一种基因组所表达的全部蛋白质。因蛋白质组具有时空性和可调节性,蛋白质组的概念实际指在特定时刻、特定环境和实验条件下基因组所表达的全部蛋白质。 蛋白质组学的核心在于大规模地对蛋白质进行综合分析,通过对某种物种、个体、器官、组织或细胞的全部蛋白质性质(包括表达水平、结构、分布、功能、丰度变化、翻译后修饰、细胞内定位、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与疾病的关联性)的研究,对蛋白功能做出精细和准确的阐述。蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种生理或病理状态中,发生的相应的变化。 蛋白质组学的研究内容主要有两方面: 结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究,包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析。 蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容,主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。 常规的方法是提取蛋白质,经分离形成一个蛋白质组的二维图谱,通过计算机图像分析得到各蛋白质的等电点、分子量、表达量等,再结合以质谱分析为主要手段的蛋白质鉴定,建立起细胞或组织或机体在所谓正常生理条件下的蛋白质图谱和数据库。 高效液相层析(HPLC) 虽然HPLC在蛋白组分析中未能广泛应用,但其作为分离蛋白质的第一步,仍具有很好的前景。双向高效液相层析(2D-HPLC)也是一种很好的蛋白质分离纯化方法。其第一相根据分子大小分离蛋白质,第二相是反向层析。2D -HPLC分离蛋白质的容量比2-DE大,且速度快。而毛细管柱反相高效液相色谱(RP-HPLC)也比2-DE快速、分辨率高[12]。目前,又出现了将不同液相层析联合使用技术,称之为连续液相层析,其大大提高了液相层析的效率 亲和层析 亲和层析是利用分子生物学之间具有的专一性而设计的层析技术。一些生物分子和其配基之间有特殊的亲和力,如抗原与抗体、