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动物代谢组学

动物代谢组学简介

代谢组学是一个庞大的学科，它涵盖了特定时间细胞或组织中代谢物的化学指纹或图像，这取决于该组织或细胞的刺激。这种对生物过程的快照可以为细胞的基因组、表型和生物过程提供大量信息。

在动物代谢组学中，研究的不是人类的代谢物和过程，而是动物。以下文章和网站中研究的动物包括家畜和农业动物、动物园和野生动物。

网站“牛功能基因组学实验室”是一个探索动物代谢组学农业方面的网站。该网站提供有关牛功能基因组学实验室进行的研究的信息。该实验室使用许多生物工具来帮助更好地了解导致牛经济上可取的表型性状的细胞机制。网站“环境代谢组学：野生动物疾病和毒性研究”是一个深入研究代谢组学的环境和野生动物方面的网站。该网站提供了有关化学风险评估、物种中癌症识别以及通过代谢组学监测条件的信息。网站“密歇根代谢组学和肥胖中心”是一个探索动物代谢组学家养方面的网站。该实验室通过对家畜和啮齿动物的检测来探索代谢组学。该研究中心的目的是揭示脂质代谢的线索，并解决人类代谢问题，如糖尿病和肥胖。

文章“识别农业动物基因组学长期 USDA 工作的未来需求”是一篇探索动物代谢组学农业方面的文章。这篇文章探讨了有助于在牲畜中创造经济上有利的表型的生物机制。文章“直接从野外采样生物并了解其表型：环境代谢组学的主要建议”是一篇探索动物代谢组学动物园和野生动物方面的文章。这篇文章的重点是探索代谢组学和表型之间的联系。关于一方的信息最终可以得出关于另一方的信息。文章“动物健康和疾病的生物标志物发现：后基因组技术的应用”是一篇探索动物代谢组学家养方面的文章。这篇文章探讨了动物代谢组学研究的总体意义，并提供了一些工具。 “代谢组学生物标志物：它们在关键路径中的作用”探讨了使用生物标志物加速药物开发并帮助诊断疾病的可能性。文章“猪（Sus scrofa）的遗传资源、基因组作图和进化基因组学”探讨了家猪全基因组序列的应用。这篇文章阐述了测序技术以及在医学、农业和进化生物学领域中的可能应用。

代谢组学是一个不断发展的生物学和生物化学领域，有望带来大量发现和创新。

网站

牛功能基因组学实验室网站

主要关注点

此网络资源的目的是提供有关牛功能基因组学实验室 (BFGL) 所进行研究的信息，该实验室是贝尔茨维尔农业研究中心动物和自然资源研究所的一部分。BFGL 的成立是为了通过调查理想表型性状背后的细胞机制来提高牛的生产效率。

新词

瘤胃：反刍动物的第四个胃室 [Wikipedia.org]

通量组：细胞中的代谢途径通量 [Wikipedia.org]

大量营养素：生物体需要大量营养素，如钙 [Wikipedia.org]

微阵列：一种高密度排列的 DNA 探针，代表一个物种的基因组。它可以用来量化细胞中存在的 mRNA 转录本，比较基因组序列，或在许多其他应用中 [Snyder]

转录组：细胞中所有 mRNA 的集合 [Nelson]

Nelson, DL, Cox, MM, (2004)。Lehninger’s Principles of Biochemistry: W.H. Freeman.

Snyder, L, Champness, W, (2007)。Molecular Genetics of Bacteria. Washington, D.C.: ASM Press.

摘要

牛功能基因组学实验室 (BFGL) 网站描述了 BFGL 实验室在动物健康和食品动物生产领域进行的各种研究。该实验室采用整合方法进行研究，利用转录组学、蛋白质组学和代谢组学来全面了解导致牛经济上可取的表型性状的细胞机制。特别是，正在研究牛的乳腺、免疫系统和胃肠道的生理和发育。

对于每个重点研究项目，都概述了目标，描述了方法，并提供了项目的年度报告。该网站提供了到 BFGL 研究出版物以及相关期刊和协会的链接。它还设有新闻和活动版块，提供关于科学协会会议的信息，并描述该领域的新科学发现和突出的研究奖项。

“牛蛋白质和脂肪积累的基因组学和代谢基础”是网站上一个重点研究项目的示例，它采用整合方法。该项目研究了当改变肉牛的巨量营养素供应时，特定组织中的代谢组、通量组和转录组是如何受到影响的。它的目标是了解代谢组-通量组-转录组网络是如何被调节以支持将巨量营养素分配到蛋白质积累、脂肪积累或分解代谢中的。该项目使用了三种互补的分子技术：牛代谢相关微阵列 (BMET) 结合实时逆转录聚合酶链反应分析、代谢组学分析和通量组学分析。为了找到影响巨量营养素利用的限速因素，将肉牛喂食草料为基础的日粮，并经瘤胃灌注水、酪蛋白或淀粉，或喂食丙酸钠 42 天。根据 2008 年的年度报告，为该研究准备了 25 头肉牛，进行了处理，然后进行屠宰。从每头肉牛中收集组织样本，并已开始实验室分析。

环境代谢组学：野生动物疾病和毒性的研究

http://www.actionbioscience.org/genomic/viant.html

主要关注点

该网站的主要关注点是在野生动物疾病和毒性研究中使用代谢组学。

新词

代谢组学：对生物样本中所有代谢物的研究。
蛋白质组学：对生物样本可以产生的所有蛋白质的补充研究。
后基因组生物学：完整基因组序列可用后的生物学。
生物信息学：将信息技术应用于分子生物学。
哨兵物种：用于监测环境各种特征的某些物种。
生物标志物：用作生物状态指标的物质。

摘要

该网站是 actionbioscience.org 的一部分，它自称为“美国生物科学研究所的教育资源”，完全专注于代谢组学、它与其他领域的整合以及当前的应用。该页面从介绍代谢组学开始，对其进行定义，并重点关注其在疾病诊断方面的优势，特别是在它测量所讨论的生物体的表型，无论是人类还是野生动物，这种表型会随着时间推移而变化，并会对各种压力做出反应。然后它简要地转向其在人类疾病诊断中的应用，然后迅速转向代谢组学在环境科学中的用途，特别是癌症的识别和各种野生动物种群的化学风险评估。代谢组学被用来研究化学物质和疾病对各种哨兵物种的影响，这些物种被用作环境健康的整体指标，并评估压力源对环境的影响。它也可以用作对家庭和工业化学品对环境影响的化学风险评估。传统的化学毒性影响测试监测有限数量的反应，而代谢组学可以同时监测数百或数千个单独的代谢物，从而更详细地了解给定化学物质的影响。代谢组学与蛋白质组学一起被用来研究比目鱼物种的癌症。该页面以对环境代谢组学未来的估计而结束，称目前应用受到技术复杂性的限制，但随着技术的进步，人们将能够更好地利用代谢组学的整体优势。目标是从极小的血液样本中进行分析，并将它们与环境的健康状况联系起来，包括污染和其他压力源。

密歇根代谢组学和肥胖中心

http://www.med.umich.edu/mmoc/cores/animal.htm

主要关注点

密歇根代谢组学和肥胖中心使用多种技术对动物和人类代谢物进行分析。

新词

GC/MS：气相色谱-质谱联用
LC/MS：液相色谱-质谱联用
MS/MS：串联质谱
同位素异构体分析：使用同位素异构体以及核磁共振和质谱来量化底物的代谢
LPA：溶血磷脂酸

摘要

密歇根代谢组学和肥胖中心在密歇根大学健康系统下运作。MMOC 的成立是为了支持流行病学、行为学、临床和健康服务。这些服务对于代谢疾病临床前领域的发现至关重要。该中心的目標是帮助大学各研究人员之间的互动，加强合作研究，并加速将基础科学研究成果转化为对代谢疾病的临床有用疗法，包括肥胖症、2 型糖尿病和相关的代谢疾病。MMOC 运营着几个核心实验室。这些设施包括由 Nathan Qi 领导的动物表型研究、由 Jeffrey Horowitz 领导的人类表型研究以及由 Jaeman Byun 领导的代谢组学研究。代谢组学核心实验室让科学家能够识别、量化和分析动物（如啮齿动物）细胞、器官和其他生物液中的生物材料。实验室使用许多仪器，例如质谱仪（在气相、液相色谱和串联等多种配置中）以及核磁共振。该设施专门分析脂类。代谢组学实验室会更改操作的程序费率，例如从生物样品中提取总脂类和脂肪酸组成分析。费用按样本或时间收费。MMOC 还为科学家和研究提供资助机会。

文章

确定美国农业部农业动物基因组学长期努力的未来需求

Green RD 等人，“确定美国农业部农业动物基因组学长期努力的未来需求”，《国际生物科学杂志》，3, 185-191, (2007)。

http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=17384737

主要关注点

本文旨在总结 2004 年 9 月在华盛顿特区举行的题为“为美国农业部农业动物基因组学长期努力制订路线图”的研讨会得出的结论和建议。组织这次研讨会的目的是推动农业动物基因组学研究的进一步发展，重点关注下游应用，这些应用将带来动物改良，惠及生产者、消费者和研究人员。

新词

BAC：细菌人工染色体 - 衍生自 F 质粒的质粒克隆载体，可以接受非常大的 DNA 克隆。它经常用于基因组测序项目以创建 DNA 文库 [Snyder]。

cDNA：互补 DNA - 通过逆转录酶从 mRNA 合成的 DNA。它经常用于克隆基因并在基因组测序项目中创建 DNA 文库 [Snyder]。

EST：表达序列标签 - cDNA 的短序列，它经常用于识别基因转录本和确定基因序列 [Snyder]。

基因组注释：将生物学信息分配给基因组序列 [Snyder]。

计算机模拟：在计算机上或通过计算机模拟执行 [Wikipedia.org]。

连锁图：物种基因组的图谱，显示已知基因和基因标记相对于彼此的位置，如通过重组频率确定 [Snyder]。

QTL：数量性状基因座 - 与特定可测量性状密切相关的 DNA 序列 [Snyder]。

辐射杂交定位：一种确定基因座沿染色体排列顺序的技术，它涉及将辐照的供体细胞与来自另一种物种的宿主细胞融合。这使得来自辐照细胞的 DNA 片段可以整合到宿主细胞的染色体中。然后可以使用融合细胞 DNA 的分子探测来确定两个或多个基因座是否位于供体 DNA 的同一片段内 [Snyder]。

RNAi：RNA 干扰 - 一种细胞机制，通过两种类型的 RNA 分子（microRNA 和小干扰 RNA）的作用控制基因表达，这些分子可以与 mRNA 结合以促进或抑制其翻译 [Snyder]。

SNP：单核苷酸多态性 - 同种个体之间 DNA 序列中单个核苷酸的变异 [Snyder]。

Snyder, L, Champness, W, (2007)。Molecular Genetics of Bacteria. Washington, D.C.: ASM Press.

摘要

分子生物学对农业动物研究产生了积极影响，使动物改良更加准确和快速。2004 年 9 月，美国农业部在华盛顿特区举行了一次研讨会，以确定应如何组织、资助和指导农业动物基因组学研究的持续进行。重点放在动物基因组学研究的下游应用，包括代谢组学应用。这项研究的最终目标是使用整合的生物系统方法来了解牲畜中经济上有利的表型的生物学机制。

研讨会的第一阶段讨论了动物基因组学研究中结构基因组学的优先事项。通过动物基因组学研究项目创建的连锁和比较图谱、SNP 图谱和精细 QTL 图谱（见图 1）将使研究人员能够评估每个动物物种的遗传多样性，并开发基于 DNA 的动物识别系统。普遍的共识是，所有基因组测序数据都应组织到公共数据库中，以促进这些研究工作。研讨会与会者概述了未来结构基因组学研究的几个目标。他们建议：1) 接下来应该对猪基因组进行测序，2) 获取 BAC 图谱和 2 倍序列覆盖率，3) 开发 cDNA 文库以允许功能注释和对马、火鸡、山羊、鲶鱼、鲑鱼和鳟鱼基因组的遗传连锁、辐射杂交和物理图谱的完全整合，4) 发现和验证 SNP 标记，并为所有物种开发单倍型图谱，以允许对 QTL 进行精细定位，5) 开发每个物种的标准化种群和表型资源。

研讨会的第二阶段重点关注动物基因组学研究中功能基因组学的优先事项。重点放在支持蛋白质组学、代谢组学和宏基因组学领域的下游应用。这些领域的研究将充分利用结构基因组学基础设施，并加深对牲畜中经济上理想表型的生物学基础的了解。代谢组学将允许对蛋白质系统进行基因组表征，从而在动物健康和营养方面得到应用。与会者建议：1) 将下游研究列为高度优先事项，2) 开发定义表型的标准化方法，3) 增强生物信息学能力以处理由此产生的数据量和复杂性的增加，4) 采用整合的系统生物学视角，以及 5) 制定并整合美国农业部动物基因组学研究的长期战略计划。

研讨会的第三阶段也是最后一个阶段讨论了动物基因组学研究中生物信息学的优先事项。管理这项研究中积累的大量数据所需的数据库和生物信息学工具已经存在。然而，这些系统分散在许多机构之间，并且普遍缺乏使用这些系统所需的专门培训人员。与会者建议 1) 整合各机构可用的资源，2) 开发专门的计划来培训研究人员使用这些工具，3) 开发表型的标准化描述，以及 4) 将美国农业部的资源专门用于开发特定于农业动物研究的新生物信息学工具。

农业动物基因组学研究正在进行的研究的全部益处将在其在结构和功能基因组学中的下游应用中得到体现。将蛋白质组学、代谢组学和宏基因组学整合在一起的方法将有助于理解基因组序列如何与牲畜中经济上重要的表型相关联，例如涉及抗病性、行为、生长、产品质量和繁殖能力的表型。美国农业部研讨会为农业动物基因组学进一步研究的组织和方向提供了建议，这些建议强调了这种整合的生物系统方法。

直接从野外取样生物并了解其表型：环境代谢组学的主要建议

Hines, A.; Oladiran, G. S.; Bignell, J. P.; Stentiford, G. D.; Viant, M. R. 直接从野外取样生物并了解其表型：环境代谢组学的主要建议。环境科学与技术，2007，41（9），3375-381。DOI：10.1021/es062745w

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/es062745w?prevSearch=wildlife+metabolomics&searchHistoryKey=

主要关注点

这篇文章主要关注的是评估代谢组学在研究野生动物方面的应用。探索代谢组学可以帮助得出关于表型的信息，反之亦然。

新词

表型锚定：确定特定表达谱与生物体表型之间关系的过程。
应激诱导表型：由对生物体施加的某些应激诱导的表型。
代谢指纹：组织或生物体中发现的特征代谢物。
实验室稳定：在测量之前将生物体暴露于标准条件下的一段时间。
1H NMR 光谱：吸收电磁辐射以确定关于氢原子的化合物的结构特征。

摘要

作者试图确定代谢组学在自由活动野生动物研究中的潜力。具体来说，它是否可以用于识别在自然可变环境中收集的动物的应激诱导表型，或者它是否需要在评估样品之前在受控实验室中进行一段时间的稳定。他们还想知道需要多少信息才能准确解释收集到的数据，性别和生物体的年龄是给出的两个例子。选择海洋贻贝作为被评估的生物体，缺氧被选为压力源。收集了两组贻贝；一组的一半重新浸入海水中两小时，另一半暴露在空气中两小时，然后收获组织并保存以备后用；第二组被运送到实验室进行 60 小时的稳定期，然后诱导缺氧，然后收获。使用 H NMR 光谱法分析组织，并对所得数据进行严格的多变量统计分析。有趣的是，实验室稳定性增加了样品的代谢变异，从而掩盖了对缺氧压力源的反应，作者提出的一个可能的原因是，运送到实验室对贻贝造成了额外的压力，改变了分离组织中的代谢物。发现大多数代谢多样性是由性别造成的；这强调了在评估数据时表型锚定的重要性。作者得出结论，直接野外采样推荐用于环境代谢组学研究，因为它减少了代谢变异并使应激诱导的变化更容易观察到。

动物健康和疾病中的生物标志物发现：后基因组技术的应用

Rowan E. Moore，Jennifer Kirwan 动物健康和疾病中的生物标志物发现：后基因组技术的应用生物标志物洞察 2: 185-196, 2007

http://www.la-press.com/biomarker-discovery-in-animal-health-and-disease-the-application-of-po-a292

主要关注点

本文讨论了生物标志物在动物健康领域的作用。这些标记用于帮助识别生物流体组织中的许多分子。生物标志物发现还包括转录组学、蛋白质组学和代谢组学。

新词

RIA：放射免疫测定法。
EST：表达序列标签。
SAGE：基因表达串联分析。
MIAME：微阵列实验的最小信息量。
约翰氏病：反刍动物的慢性细菌感染。

摘要

动物不仅被用于食物，还被用于陪伴和劳动，人口快速增长导致了对动物数量和种类的急剧增加，这就是为什么人类越来越关注其疾病的表征和管理，也是为什么动物疾病正在被研究的原因。这些动物疾病的原因是一个非常复杂的问题，但是通过使用生物标志物，可以将疾病与临床表现和结果联系起来。随着基因组学、蛋白质组学、转录组学和代谢组学等新兴技术的出现，组织中使用的小分子可以用作标记物。第一步是识别这些生物标志物，然后进行验证，最后进行临床应用。这些标记物的最终目标是提供诊断测试，以最终促进更好的动物，并检测动物病原体。动物代谢组学是探索生物标志物的非常好的工具。生物系统对遗传和环境的影响做出特定反应。因此，探索这些系统的代谢物可以产生敏感的生物标志物。探索组织中这些代谢物的技术使用质谱法（气相/液相色谱，串联）以及核磁共振等技术。今天该领域研究的最大瓶颈是数据分析。许多实验室的大量数据产生了复杂的数据集，需要大量的数据库。在后基因组时代，探索后基因组技术具有巨大潜力。这些技术将为改善动物健康和福利铺平道路。

代谢组学生物标志物：它们在关键路径中的作用

Schnackenberg, Laura K. 和 Richard D. Beger。代谢组学生物标志物：它们在关键路径中的作用。药物发现今日：技术。4:1, 2007

http://www.fda.gov/oc/initiatives/criticalpath/metabolomic_biomarkers.html

主要关注点

一些代谢分子可以准确地识别个人的健康状况。可以实施代谢谱分析来识别用于疾病诊断和预后的生物标志物，以及确定药物的安全性有效性。这种方法可以帮助推进个性化医疗和 FDA 的关键路径。

新词

关键路径：FDA 的个性化医疗计划。

生物标志物：可以指示健康状况的分子。

代谢谱：一系列测试，以确定代谢功能的程度。

转录组学：在 RNA 水平上研究基因表达。

系统生物学：研究生物系统中复杂的相互作用。

核磁共振波谱 (NMR)：一种利用特定原子核的磁性来确定化合物化学成分的技术。

摘要

代谢谱分析最常使用高分辨率 NMR 和联用质谱法进行。尽管这两种技术并非没有缺点，但它们比其他方法更容易使用，因为 NMR 易于复制，联用质谱法非常灵敏。最佳的谱分析测试将包括 NMR 和质谱法。

代谢生物标志物可用于在药物开发的临床前和临床阶段识别有毒药物。生产一种新药大约需要花费 10 亿美元，在开发阶段早期识别有毒或无效药物将降低这笔成本，并缩短新药上市的时间。默克公司在一项关于已知会引起肝毒性的药物的临床前研究中使用了代谢组学，并能够确定导致毒性的确切机制。他们发现服用该药物的人三羧酸循环中间体的消耗量减少，同时存在中链羧酸，这意味着该药物干扰了脂肪酸代谢。

代谢谱分析传统上是在生物流体上进行的，而毒性研究中最受欢迎的流体是尿液。尿液很容易从受试者身上获得，并提供整个系统的毒性细节。它也是无创的，因此可以在临床研究中使用。由于尿液也可以随着时间推移进行收集，因此可以监测毒性，并可以确定反应和恢复期。这意味着可以使用同一只动物多次，从而降低毒理学研究的成本，因为减少了收集足够数据所需的动物数量。

科学家已经开始利用生物标志物来确定疾病状态。例如，NMR 和质谱法多年来一直用于检测先天性代谢错误。对于先天性代谢错误，由于核苷酸插入、缺失或替换引起的 DNA 序列改变会导致酶活性改变，从而干扰代谢中间体的转化。这种中间体的浓度随后会增加，然后释放到尿液和其他生物流体中，以试图维持稳态浓度。可以根据检测到的浓度增加的代谢物确定先天性代谢错误，遗传学可以解释代谢途径的改变。

代谢谱分析也已用于确定器官移植的成功率。肾脏移植失败的指标包括生物标志物水平的改变，例如三甲胺-N-氧化物 (TMAO)、乳酸、乙酸和丙氨酸。谱分析也被用于提供预后和诊断疾病，例如糖尿病、肝硬化和癌症。代谢组学能够提供个人诊断信息，使其成为未来个性化医疗的强大工具，也将在 FDA 的关键路径中发挥重要作用，即他们现代化医疗保健和药物产品的努力。

猪的遗传资源、基因组作图和进化基因组学 (Sus scrofa)

Chen, Kefei, Tara Baxter, William M. Muir, Martien A. Groenen, Lawrence B. Schook. 猪的遗传资源、基因组作图和进化基因组学 (Sus scrofa). 国际生物科学杂志. 3:153-165, 2007

http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1802013&blobtype=pdf

主要关注点

家猪是重要的食物来源，也是生物医学研究的重要动物模型。猪基因组的完整序列以及对家养品种之间复杂遗传差异的理解将有助于改善养猪业，并深入了解人类遗传学。它也将提供一个追踪哺乳动物进化史的机会，并定义驯化和自然选择导致的选择特征。本文描述了基因组测序技术以及利用这些遗传信息的可能方法。

新词

组学: 对以“组学”结尾的生物学领域的学习，例如基因组学或蛋白质组学。

基因渗入: 通过将两种物种杂交，然后将其回交到其中一个亲本，将一个物种的基因流入另一个物种。

种质: 某一生物体的遗传资源集合。

单核苷酸多态性 (SNP): 当生物体 DNA 中的单个核苷酸与该物种的其他个体不同时。

细胞遗传学图谱: 显示基因在染色体上位置的图表。

遗传连锁图谱: 染色体上基因之间的距离。

基因组结构: 基因组的结构。

摘要

加深对猪进化史的理解可以帮助确定早期文明的兴起和牲畜农业的起源。最早的家猪驯化可以追溯到公元前 7000 年的安纳托利亚，从那时起，家猪的驯化在向西走向欧洲和向东走向亚洲的过程中独立地出现了。家猪遍布全球，生活在各种各样的环境中。由于肉眼可见的物理差异，例如牙齿和头骨形态，以及生化和分子差异，可以确定超过 16 个亚种。

分析多样性的规模和差异将提供对驯化人口历史的洞察。驯化和农民创造的新环境就像一个人工的遗传瓶颈，减少了遗传多样性，并对特定基因进行了强烈的选择。与其他家养牲畜不同，猪是一个主要的模式生物，因为野生有很多同种动物可以作为制作进化树时的外群。

基因组大小与生物体复杂性之间的关系尚未确定。然而，似乎更复杂的生物体具有更大的基因组，因为它们需要更精密的措施来调节基因表达。比较基因组作图是评估基因组组织的常见方法。比较方法包括细胞遗传学作图和遗传连锁作图。使用比较作图对基因组进行测序可以更好地理解表型变异的分子基础。它还提供了对选择特定变异或突变的进化力量的洞察。

分析基因组结构可以用来理解物种差异。科学家寻找基因组重排、转座因子和单核苷酸多态性 (SNP)。基因组重排包括基因倒位、易位和重复。染色体重排不太可能是物种形成的唯一原因，但它可以加剧由其他因素引起的生殖隔离。转座因子最初被认为是垃圾 DNA，但现在被认为是塑造基因组以进行物种形成的重要因素。根据 SNP 发生在编码区的哪个位置，它们可以在改变基因转录方面发挥重要作用。

完整的猪基因组是一种宝贵的资源。它将增强我们对基因组-表型关系的认识。猪经历了数千年的人工选择，现在出现了各种各样的形态、生理和行为表型，每个品种的完整基因组可能会更好地了解哪些基因型产生哪些表型。这将有助于基因预测以及开发用于遗传建模的技术。对基因组-表型研究的进一步探索将为生物技术和农业以及食品生物工程提供新的应用。与老鼠或大鼠相比，猪是人类生物医学研究的首选模型，因为这两个物种有许多相似之处，例如体型和许多解剖和生理相似之处。猪也可以通过核移植进行克隆。对基因型的理解将提高家畜育种的选择性，并使更好的保护项目得以实施。一旦解开整个猪基因组的奥秘，就可以将其与其他完全测序的生物体进行比较，并帮助确定猪的进化以及提供有关哺乳动物进化的信息。

致谢

此页面由 Kevin King、Jillian Lund、Nick Chamberlain 和 Kelli Fagan 撰写

作为代谢课程作业的未来文章审阅

禁食小鼠模型中代谢组学 (肝脏和血液分析) : 一项关于肝脂肪变性的研究

审稿人: Rachel R.

主要关注点

使用高效薄层色谱和反相液相色谱结合质谱来量化和定性分析小鼠肝细胞中禁食导致的肝脏脂肪存储的重排和重新分配。

新词

肝脂肪变性: 也称为脂肪肝病 (FLD)，是一种可逆状态，其中甘油三酯脂肪的大空泡通过脂肪变性过程积累在肝细胞中 (细胞内脂质异常潴留)。(来源: http://en.wikipedia.org/wiki/Hepatic_steatosis)
肝细胞: 构成肝脏细胞质质量的 70-80%。这些细胞参与蛋白质合成、蛋白质储存和碳水化合物转化、胆固醇合成、胆汁盐和磷脂合成，以及外源性和内源性物质的解毒、修饰和排泄。(来源: http://en.wikipedia.org/wiki/Hepatocytes)
磷脂酰胆碱: 一种磷脂类，其头部基团包含胆碱。它们是生物膜的主要组成部分，可以从蛋黄或大豆中分离出来，从这些来源中可以进行机械提取或使用己烷进行化学提取。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphatidylcholine）
纤维化: 指器官或组织中形成或发展出过量的纤维结缔组织，作为一种修复或反应性过程。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Fibrosis）
脂肪性肝炎: 一种肝脏疾病，其特征是肝脏炎症伴随肝脏脂肪蓄积。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Steatohepatitis）
随意: 在生物学中，用于指动物的“自由摄食”体重，例如，与限制饮食后的体重形成对比。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Ad_libitum#Biology）
生物标记: 用作生物状态指示物的物质。它是一个客观测量和评估的特征，作为正常生物过程、致病过程或对治疗干预的药理反应的指标。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Biomarker）
油酸: 一种单不饱和 ω-9 脂肪酸，存在于各种动物和植物来源中。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Oleic_acid）

摘要

肝脏脂肪变性，或脂肪肝疾病 (FLD)，受到广泛研究，因为它与肥胖和代谢综合征密切相关。肝脏脂肪变性是由三酰甘油 (TG) 在肝细胞的细胞质中沉积引起的。这会导致细胞炎症、细胞死亡和纤维化（脂肪性肝炎）。

在小鼠模型中，肝脏脂肪变性是在饥饿状态下生存 24 小时的生存策略，但在人类中，肝脏脂肪变性会导致肝脏肥大。该研究领域的主要问题是理解从生存策略向发病机制（如脂肪性肝炎）发生的转变。为了理解这一点，重要的是要发现肝脏中脂质化合物的浓度在饥饿一段时间后是如何变化的。使用高效薄层色谱 (HPTLC) 和反相液相色谱-质谱联用 (LC-MS) 来定量和定性分析肝脏中脂质化合物的变化。

在一项研究中，使用小鼠来确定肝脏中肝脏脂肪储存的变化。6 只小鼠作为对照组，随意喂食。实验组，另外 6 只小鼠，被饥饿 24 小时。之后，使用 HPTLC 和 LC-MS 对所有小鼠的肝脏部分进行测试，以确定它们的脂质组成。使用统计分析软件定量分析对照组和饥饿组之间的差异。

在 24 小时饥饿期后，观察到体重下降 13.5%。这是由于小鼠缺乏食物和水的摄入。在此期间，脂肪酸也过度进入肝脏。这是由于禁食期间体内脂肪储存的水解，并且可以启动肝脏脂肪变性。在犬和啮齿动物禁食时也观察到这种情况。在所有哺乳动物从碳水化合物代谢转变为脂肪代谢的饥饿期间，这种情况很可能发生。

在饥饿后，在肝脏组织中观察到 44:2-TG 和 48:3-TG 大幅增加，而它们通常存在于脂肪组织中。这表明当碳水化合物浓度低时，脂质会从脂肪组织转移到肝脏组织。饥饿后，肝脏游离胆固醇和胆固醇酯也有显着升高。胆固醇在膜流动性中起着重要作用，因此饥饿可能会对肝细胞膜的流动性产生负面影响。此外，饥饿后，在对照组小鼠的肝脏匀浆中观察到 49:4-TG，而对照组中未观察到。这种具有奇数碳原子数的 TG 可用作饥饿诱导的肝脏脂肪变性的新生物标记。

总之，这项研究使用 HPTLC 和 LC-MS 证明肝脏高度动态，在应对禁食和脂质代谢中代谢物的转化方面起着至关重要的作用。在肝脏中，游离脂肪酸的再分配和周转会导致肝细胞中三酰甘油的积累（肝脏脂肪变性）。

与传统代谢课程的相关性

这篇文章展示了哺乳动物在饱食和饥饿状态下脂肪和碳水化合物的代谢如何变化。在饱食条件下，碳水化合物被用来产生 ATP，多余的碳水化合物被转化为脂肪酸。在饥饿期间，哺乳动物会发生许多变化以获取能量，因为碳水化合物的摄入量低。能量可以从蛋白质、脂肪和储存的碳水化合物中产生。最容易获得的碳水化合物，糖原，首先被使用，其次是脂肪，最后是蛋白质。此外，当葡萄糖浓度低时，游离脂肪酸会转移到肝脏，在那里它们会进行 β 氧化。这会产生乙酰辅酶 A，它可以用来形成酮体。在饥饿期间，这些酮体可以被运输到其他组织，例如骨骼、心脏和脑组织。

果蝇肌肉组织中与年龄相关的缺氧耐受性下降的代谢组学和通量平衡分析

审稿人：Stephanie S.

主要关注点

研究了黑腹果蝇，以确定年龄在缺氧条件下的相关性及其对代谢通量和代谢物浓度水平的影响。分析了果蝇的肌肉组织，以观察恢复率。研究了年轻和老年果蝇在重新引入氧气后产生的产物，以更好地了解与年龄相关的代谢控制。

新词

再灌注: 恢复器官或组织的血液流动。（来源：http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=5308）
常氧: 正常的氧气水平。（来源：http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=33962）
血淋巴: 某些无脊椎动物的循环液，如节肢动物的血液和无脊椎动物的淋巴。（来源：http://www.thefreedictionary.com/Haemolymph）
Kaplan-Meier 估计: 根据终身数据估计生存函数。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan%E2%80%93Meier_estimator）
缺氧: 一种病理状态，其中整个身体或身体的一部分缺乏足够的氧气供应。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Hypoxia_(medical))）
核磁共振波谱: 核磁共振波谱是一种利用某些原子核的磁性特性的技术。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/NMR_spectroscopy）
蛋白质组学: 对蛋白质的大规模研究，特别是它们结构和功能的研究。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Proteomics）
通量平衡分析: 用于分析细胞系统代谢能力的有用技术。（来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Flux_balance_analysis）
基因组学: 遗传学的一个分支，从基因组（完整的 DNA 序列）的角度研究生物体。（来源：http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn?s=genomics）
海藻糖: 一种结晶双糖 C12H22O11，储存在许多真菌中而不是淀粉中，在许多昆虫的血液中也发现。（来源：http://www.merriam-webster.com/medical/trehalose）

摘要

随着生物体的衰老，它们的代谢速度减慢，对缺氧情况的耐受性下降。生物体必须找到一种方法来调节它们的代谢，因为当没有氧气可用时，它们的身体无法获得能量。随着年龄的增长，最大心率、运动活动和 ATP 产生都会下降。因此，当置于缺氧环境中时，由于调节下降和能量需求高，可能会发生中风和心脏病发作。

为了理解缺氧和年龄如何影响代谢，研究了黑腹果蝇，因为它与人类缺氧代谢物调节密切相关，并且该生物体的寿命较短。为了确定代谢调节如何下降，研究了主要的碳水化合物能量来源浓度以及其他代谢物，并研究了生物体在缺氧后恢复到基线的恢复率。对两组果蝇进行了研究，一组是 3 天大的黑腹果蝇，另一组是 40 天大的黑腹果蝇，在缺氧环境中，果蝇完全不动，心脏停止跳动。当重新引入氧气时，年轻的果蝇恢复期更快，并且比年长的果蝇更快地达到其基线心跳和 ATP 水平。

使用两种不同的方法，核磁共振 (NMR) 和酶活性测定法，来研究果蝇在缺氧期间和之后代谢物的浓度变化，从而确定果蝇的代谢通量。酶活性测定法用于确定在缺氧情况下，两种果蝇群体都主要使用糖原作为产生能量的葡萄糖来源，而海藻糖水平在缺氧期间保持稳定。在恢复期，40 天龄的果蝇比 3 天龄的果蝇使用更多的糖原和海藻糖来产生葡萄糖。NMR 用于观察果蝇胸部代谢物浓度的变化，果蝇的飞行肌肉组织位于胸部。结果表明，年轻果蝇在缺氧期间葡萄糖浓度升高，然后在恢复期恢复到基线水平，而老年果蝇的葡萄糖浓度保持稳定，缺氧后下降。

这些结果表明，在较年轻的时候，果蝇可以调节葡萄糖的产生量，并更有效地利用葡萄糖，因为机体可以在缺氧情况下更快地恢复。对于老年果蝇来说，它们在缺氧后的恢复能力较差，因此它们会使用所有可能的碳水化合物资源来生成葡萄糖，以便机体能够将 ATP 水平恢复到基线水平，以供机体消耗。这种恢复率的差异很可能是由于随着年龄的增长，线粒体受损造成的。在缺氧的情况下，由于离子泵被抑制，钙离子会积累，从而损害线粒体，线粒体负责多种产能途径，例如三羧酸循环。当氧气重新进入机体时，线粒体无法满足 ATP 的需求，并且再生 ATP 的速度要慢得多。研究确定，老年果蝇会产生高水平的乙酸盐，并具有高水平的糖酵解和低水平的三羧酸循环，这是由于乙酰辅酶 A 转换的差异造成的。因此，随着三羧酸循环发生频率的降低和乙酸盐生成途径的过度使用，产生的 ATP 更少，果蝇需要更长的时间才能恢复到基线水平。

总的来说，研究结果表明，随着年龄的增长，代谢调节能力下降，并在缺氧环境中得到证实。在缺氧期间，代谢控制和代谢通量在所有年龄段都保持相对相似，但在恢复期间，老年果蝇以较慢的速度使用不同的代谢途径，并且由于代谢调节能力下降，积累了不同的代谢物。

与传统代谢课程的相关性

这项关于代谢调节与年龄关系的研究与代谢课程相关，因为在这项研究中，老年果蝇的糖酵解通量高于三羧酸循环通量，因此乙酰辅酶 A 通过脂肪酰肉碱穿梭系统转化为乙酸盐，而不是通过三羧酸循环和电子传递链来产生 ATP。由于过度依赖乙酸盐途径，产生的 ATP 分子更少，导致果蝇恢复到基线水平的速度比 3 天龄果蝇使用三羧酸循环的速度更慢。在代谢调节中，如果缺乏反应物、辅因子或酶，就会使用替代途径来产生需要的东西，以达到机体最终的平衡状态。

代谢组学评估与年龄相关的雄性 Sprague Dawley 大鼠尿液成分的变化以及数据归一化方法对统计和定量分析的影响

审稿人：Katrina H。

主要关注点

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摘要

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与传统代谢课程的相关性

输入一篇 100-150 字的描述，说明本文中的内容如何与传统的代谢课程相关联。这篇文章是否与特定的途径（例如，糖酵解、柠檬酸循环、类固醇合成等）或调节机制、能量学、位置、途径整合有关？它是否谈到了新的分析方法或理念？这篇文章是否显示了与人类基因组计划（或其他基因组计划）的联系？

未来作为代谢课程作业的评论网站

实验遗传学研究所 (IEG)