代谢组学/分析方法
代谢组学是一个领域，其中发现特定的细胞代谢物对于该领域至关重要。如果没有发现代谢物的工具和方法，就无法发现生物体特有的代谢物谱和细胞过程。发现代谢组的方法范围从核磁共振等技术化学方法到统计分析。
Sumner 小组 参与植物代谢组学的研究。这是具有挑战性的，因为存在 3 个主要限制。由于其化学多样性，对代谢组进行分析很困难。基因组和蛋白质组的变异受基本成分（核苷酸和氨基酸）的限制，而代谢组则缺乏任何一致性。另一个问题是动态范围，它涉及测量容差和灵敏度。第三个问题是分析和生物变异，它涉及测量和成分的偏差。Sumner 小组正在开发一种方法来通过将代谢物分成不同的组进行分析来解决这些问题。他们开发的分析技术用于研究植物病害，以及开发植物的计算模型生物。
术语
转录组 - 由单个细胞或整个生物体产生的所有转录本的集合 主成分分析 - 一种将数据分离成类别的统计技术 层次聚类 - 一种确定数据集之间关系或相似性的方法。GC/MS（气相色谱质谱联用） - 通过分离（GS）然后测量（MS）来分析大量代谢物的一种方法 HPLC（高效液相色谱） - 一种分离挥发性和非挥发性元素的技术。与 MS 联用，它是分析大量代谢物的另一种方法。
相关性
该小组的研究着眼于代谢调节及其与植物疾病的关系。本课程着眼于代谢调节以及途径中可能导致疾病的问题。更相关的领域是该小组在创建模型生物方面的努力。对生物体代谢调节的全面理解，取决于环境条件，与迄今为止课程中涵盖的调节机制相关。
本文的主要目的是开发一种小型化三维细胞培养阵列（DataChip），用于在药物开发的早期阶段筛选候选药物的毒性。由于当今世界对药物开发投入了大量的研究，这一点非常重要。DataChip 有望筛选出导致不良反应的药物，将其从开发中剔除，并帮助更多药物进入开发过程。该 DataChip 能够在异生素进入人体之前快速识别异生素的代谢激活或失活。异生素在肝脏中代谢，在大多数情况下，肝脏会受到药物的不良影响。DataChip 的目标是显着减少由异生素代谢引起的肝衰竭病例，而异生素代谢是肝衰竭的主要原因。
术语
异生素 - 在生物体中发现但通常不产生或预计不存在的化学物质
微阵列 - 生物学测定
海藻酸盐 - 存在于褐藻细胞壁中的粘性胶
P450 同工酶 -（CYP1A2、CYP2D6 和 CYP3A4）参与混合功能氧化酶系统的酶
IC50 值 - 或半数抑制浓度
Hep3B 细胞 - 人类肝癌细胞
荧光 - 产生荧光的过程
酮康唑 - 一种合成抗真菌药，用于预防和治疗皮肤真菌感染
相关性：在课堂上，我们讨论了人体中不同的代谢途径以及它们产生的不同产物。我们还了解了所有这些过程如何相互关联。本文探讨了检测代谢物质引起的副作用的新方法。异生素在肝脏中分解。糖酵解和糖异生也都在肝脏中进行。如果肝脏因异生素代谢而受损，则糖酵解和糖异生也会受到破坏。本文描述了人体中发生的另一种代谢过程以及代谢物的潜在副作用。
代谢组学涉及尽可能检测和量化尽可能多的样品成分，以识别可用于表征所研究样品的化合物。在电喷雾电离中，离子通过质谱 (MS) 产生以进行分析。将此技术应用于代谢组学时，重要的是在离子产生之前有效地分离代谢组样品成分，以最大程度地减少电离抑制。这将确保测量的扩展动态范围，以及对代谢组的覆盖。通过优化 MS 入口和界面，可以提高测量灵敏度。
前端液相色谱 (LC) 分离、电喷雾电离和离子传输效率的进步提高了基于液相色谱-质谱 (LC-MS) 的测量的灵敏度。代谢组的扩展和更可重复的覆盖范围导致检测到大量特征，这些特征的特征是准确测量的质量和保留时间。小内径色谱柱提供较低的流速，从而提高了电离效率。这带来了更高的灵敏度和更好的定量。然而，提供高分离峰容量的较长色谱柱会产生较长的分析时间，这在分析大量样品时不可取，而大量样品对于统计上显著的代谢组学研究是必需的。离子迁移谱-质谱 (IMS-MS) 或液相色谱-离子迁移谱-质谱 (LC-IMS-MS) 等替代和互补方法正在开发中。这些方法将提供更高的通量，这将允许在几天内对数百个样品进行中等覆盖范围分析。
应用于 LC/TOF-MS 生成的化合物鉴定的分子式和 METLIN 个人代谢物数据库匹配
为了简化和简化从液相色谱飞行时间质谱产生的代谢组学数据中鉴定的化合物，开发了软件，用于构建包含从公共 METLIN 数据库中提取的 15,000 多种化合物的个人代谢物数据库。添加了额外的功能，允许添加用户定义的保留时间作为正交可搜索参数；并允许与分离软件接口，即分子式生成器 (MFG)，该软件有助于可靠地解释来自精确质量谱数据的任何数据库匹配。为了评估这种鉴定策略的效用，将保留时间添加到此数据库中的一个子集的质量中，该子集代表 78 种合成尿液标准品的混合物。对该混合物进行分析并针对该 METLIN 尿液数据库进行筛选，结果产生了 46 个精确质量和保留时间匹配。在相同分析条件下分析了人尿液样本，并针对该数据库进行了筛选。另外 374 个样本与数据库中的精确质量相匹配，其中 163 个样本的 MFG 得分最高。更重要的是，MFG 计算出另外 849 个没有数据库匹配的离子的分子式。这些结果表明，METLIN 个人代谢物数据库和 MFG 软件为确认数据库匹配的分子式提供了一种典范策略。如果没有找到数据库匹配，则会建议可能的分子式。
由于质量测定不能完全确定地确定元素组成，因此建议用其他技术（如同位素比率和 RT）补充高质量精度数据的数据库分配。已经证明，METLIN 个人代谢物数据库软件可用于为一组尿液代谢物标准品分配正确的元素组成。将 RT 作为单独的正交变量将允许对时间分辨的质量进行快速、正面的识别。将 MFG 功能与质量和 RT 数据库匹配相结合，预计将提高对已知化合物和未知化合物分配正确元素组成的信心。
傅里叶变换回旋共振质谱 (FTICR-MS) 提供了无与伦比的质量分辨率、质量精度和卓越的检测灵敏度。凭借这些特性，FTICR-MS 有可能成为高通量代谢组学分析的有力工具。本研究考察了超高场 12 特斯拉 (12T) 的特性，以识别和量化人体血浆代谢物，并通过直接注入 (DI) 对近交系小鼠血清进行非靶向代谢指纹图谱分析。在 3 分钟的人体血浆水提取物注入分析中，检测到约 250 种代谢物特征中的 570 种的合理元素组成（包含无限的 C、H、N 和 O，以及每个公式最多两个 S、三个 P、两个 Na 和一个 K），并能够识别出超过 100 种代谢物。利用同位素标记的内标，获得了胆碱的绝对定量的高质量校准曲线，灵敏度低于皮摩尔。这比之前的 LC/MS 分析所需样品量减少了 500 倍。最佳血清稀释条件使作为代谢物模拟物加入小鼠血清的化学化合物产生了跨越 600 倍浓度范围的线性响应。对来自 2 个近交系、接受和未接受急性三氯乙烯 (TCE) 治疗的 26 只小鼠的血清进行了 DI/FTICR-MS 分析。这种方法也扩展到对来自 5 个近交系、参与急性酒精毒性研究的 49 只小鼠的血清样品进行代谢指纹图谱分析，采用正负电喷雾电离 (ESI)。结果表明，将 DI/FTICR-MS 应用于这些样品，可以在 24 小时内分析出超过 400 种代谢物。
超高场 FTICR-MS 已被证明是定性代谢组学中一种潜在的宝贵工具。出色的质量分辨率有助于在 DI 模式下检测复杂样品中的数百种代谢物。质量精度通常允许仅根据质量识别低质量代谢物。这是通过生成元素组成，然后搜索可用的代谢组学数据库来实现的。
超高场 FTICR-MS 还可以用于快速生成来自大型研究的样本的差异代谢物谱。然而，DI/FTICR-MS 并不全面，因此可能不会消除色谱分离以实现彻底的代谢组覆盖和区分代谢物异构体的必要性。目前正在开发软件以增强 FTICR-MS 在高通量代谢组学中的潜力。该软件将通过自动检测差异丰度的代谢物，然后通过元素组成确定和代谢组学数据库搜索自动识别这些代谢物，从而促进分析。
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[edit | edit source]基于傅里叶变换离子回旋共振质谱的确定生长特异性代谢物的代谢组学方法