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代謝組學(xué)| 島津質(zhì)譜助力生物標(biāo)志物的研究與發(fā)現(xiàn)

來源: 島津企業(yè)管理(中國)有限公司    2020年09月08日 14:13  
  導(dǎo)讀
 
  代謝組學(xué)(Metabonomics / Metabolomics)是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新近發(fā)展起來的一門學(xué)科,是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分,已經(jīng)應(yīng)用到了諸如動(dòng)物、植物、微生物的機(jī)理研究中,著重探索、發(fā)現(xiàn)與疾病、醫(yī)藥、功能相關(guān)的生物標(biāo)志物(Biomarker)。生物標(biāo)志物是指“一種可客觀檢測和評價(jià)的特性,可作為正常生物學(xué)過程、病理過程或治療干預(yù)藥理學(xué)反應(yīng)的指示因子”,尋找和發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的生物標(biāo)志物已經(jīng)成為當(dāng)前生物、醫(yī)藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而,生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn),是一場砂礫淘金、去偽存真的艱難征程,面臨諸多挑戰(zhàn)。
 
  挑戰(zhàn)1  生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn),海量篩選,準(zhǔn)入高,難度大
 
  相比于基因組學(xué)和蛋白組學(xué),代謝組學(xué)難度急劇增加。原因有:
 
  1. 目標(biāo)物范圍更廣:基因/轉(zhuǎn)錄組只需測4種核苷酸排列,蛋白組測20種氨基酸排列,代謝組則包含各類小分子代謝物,要進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定可比大海撈針;
 
  2. 需要交叉專業(yè)知識:如將代謝組學(xué)應(yīng)用在生物研究中,需要分析化學(xué)背景進(jìn)行分離檢測,這些數(shù)據(jù)的正確解析和可視化需要有統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ);后需要了解生物學(xué)知識以詮釋數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)意義;
 
  3. 軟硬件要求高:使用的分析體系大都屬于儀器及其配套軟件,比如色-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)里色譜可選GC-MS,LC-MS,CE-MS,質(zhì)譜根據(jù)靶向、非靶向可選Q,Q-TOF,IT-TOF等;海量數(shù)據(jù)采集完畢還需要專業(yè)、多功能數(shù)據(jù)分析平臺解讀數(shù)據(jù),后還要對潛在生物標(biāo)志物進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定,因此代謝組學(xué)每一步都是準(zhǔn)入高,難度大!
 
  挑戰(zhàn)2  如何去偽存真,減少無意義差異物,找到真正的生物標(biāo)志物
 
  代謝組學(xué)巨大的挑戰(zhàn)之一,是如何減少生物樣品本身,或采集、保存、前處理和分離檢測過程中產(chǎn)生“非預(yù)期”或“噪音”代謝物,從而去偽存真,找到真正的差異生物標(biāo)志物:
 
  1. 個(gè)體情緒差異、非目標(biāo)病因的生理差異(近期飲食習(xí)慣、喝水量、排尿量、運(yùn)動(dòng)量、生病、過敏)、其他藥物的耦合作用/副作用,都會對個(gè)體代謝物產(chǎn)生非預(yù)期的影響;
 
  2. 在采集樣本時(shí),如血樣、組織、器官,采集者參差不齊的技術(shù)熟練度也會引入其他刺激和干擾因素;
 
  3. 樣品的保存同樣會引入大量干擾物或造成樣品變化。比如保存前是否存在溶血,保存溫度,冷凍時(shí)間長短等,都會使樣品產(chǎn)生不可預(yù)期的變化;
 
  4. 不同的樣品前處理手段,如液液萃取、固相萃取、蛋白沉淀等,其化學(xué)、物理選擇性不同;另外,操作人員的熟練度、溶液量、溶液污染、萃取柱批間差等樣本外的誤差,都可能會造成樣品組內(nèi)和組間差異。
 
  海量的待選小分子目標(biāo)物,加上上述這些“不確定性”和“科學(xué)偏差”產(chǎn)生比生物標(biāo)志物濃度更高、響應(yīng)更強(qiáng)的無意義組別差異物,使得代謝組學(xué)在生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)的路上,困難重重,猶如大海撈針,沙里淘金。雖然后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析會把大多數(shù)的這類干擾物去除,卻不能保證終能得到正確的生物標(biāo)志物,或使其處于顯著地位。
 
  雖然代謝組學(xué)研究困難重重,但經(jīng)過多年的研究探索,科研界都認(rèn)同利用代謝組學(xué)的思路發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物是方向正確、前景廣闊的,相信隨著分析儀器,特別是質(zhì)譜及其配套軟件和科學(xué)家研究水平的提高,越來越多有用的生物標(biāo)志物會被挖掘出來造福于人類。
 
  島津是的質(zhì)譜研發(fā)、生產(chǎn)廠家:從上世紀(jì)70年代開始研發(fā)扇形質(zhì)譜,成功生產(chǎn)了*1臺商品化扇形磁場型質(zhì)譜GCMS LKB9000;80年代開發(fā)了基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF)和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS),島津科學(xué)家田中耕一先生在2002年因?yàn)镸ALDI離子源的研發(fā)獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),因此島津擁有深厚的質(zhì)譜研發(fā)基礎(chǔ)和實(shí)力。
 
  目前島津質(zhì)譜的產(chǎn)品線齊全,有機(jī)質(zhì)譜包括單四極桿質(zhì)譜(SQ)、三重四極桿質(zhì)譜(TQ)、高分辨質(zhì)譜離子阱飛行時(shí)間質(zhì)譜(IT-TOF)和四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(Q-TOF);無機(jī)質(zhì)譜有ICP-MS;生命科學(xué)領(lǐng)域有MALDI-TOF、質(zhì)譜顯微鏡等。這些質(zhì)譜儀器與分離技術(shù)聯(lián)用,滿足科學(xué)研究的各種需求?;趰u津質(zhì)譜,國內(nèi)高校研究所發(fā)表了多篇代謝組學(xué)用于腦卒中、癌癥和動(dòng)物生理相關(guān)的生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)的文章,在此系列中挑選出典型案例,幫助讀者進(jìn)一步了解疾病和生理現(xiàn)象。

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