代謝組學(xué)（Metabolomics）的概念最早由英國   Nicholson于1999年提出，是系統(tǒng)生物學(xué)的有機(jī)組成部分。代謝組學(xué)旨在對生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系。代謝組學(xué)的研究對象大都是相對分子質(zhì)量小于1000小分子物質(zhì)，它們參與到生物體的新陳代謝和生長發(fā)育的方方面面，是生物現(xiàn)象的最終產(chǎn)物。

 

        相比基因組和蛋白組的研究，代謝組學(xué)研究具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢：1. 基因和蛋白表達(dá)的微小變化可通過代謝酶的催化反應(yīng)在代謝物上得以放大，從而使檢測和分析更加容易；2. 代謝物的變化除了反應(yīng)基因組變化外，還受到環(huán)境因素、腸道菌群的影響，其動態(tài)性更強(qiáng)，對生物體變化的反映更加靈敏；3. 代謝反應(yīng)及終產(chǎn)物在各個物種的生物體系中都是類似的，因此，代謝組學(xué)方法學(xué)通用性更強(qiáng)；4. 代謝組學(xué)的技術(shù)不需建立全基因組測序及大量表達(dá)序列數(shù)據(jù)庫，直接對幾乎所有樣本類型進(jìn)行檢測，包括全血、血漿/血清、組織、細(xì)胞、細(xì)胞培養(yǎng)上清、尿液、糞便、食物、唾液、腦脊液、脂肪等。
 

     
        經(jīng)過近20年的發(fā)展，代謝組學(xué)的研究技術(shù)手段逐步成熟。目前質(zhì)譜技術(shù)：氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）和液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（LC-MS），已逐步取代核磁技術(shù)（NMR），成為代謝組學(xué)研究的主流技術(shù)。GC-MS和LC-MS在其所檢測的代謝物譜上各有偏向性，一般情況兩種技術(shù)聯(lián)合使用是常規(guī)全譜代謝組分析的主要實驗策略。
 

樣品要求：

        代謝組的差異變化是基因組變化放大效應(yīng)的呈現(xiàn)，不同個體中代謝物的波動性也就較大。另一方面，代謝組學(xué)的差異分析只有較大的樣本量抽提出的主成分才具有群體代表性。因此，相對于基因組學(xué)等技術(shù)方法，代謝組學(xué)要求樣品的生物學(xué)重復(fù)要更多。

                       1.動植物組織樣品大于6例 2.臨床標(biāo)本大于30例

應(yīng)用方向：

                         1.疾病標(biāo)志物開發(fā)        
                         2.腫瘤/癌癥        
                         3.代謝疾病      
                         4.營養(yǎng)學(xué)                        
                         5.神經(jīng)科學(xué)        
                         6.植物學(xué)        

 

代謝組學(xué)知識問答（Q&A）

1.代謝組學(xué)與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)之間有著明顯的差別。
首先它們的研究對象不同：基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組和代謝組學(xué)的研究對象分別是DNA、mRNA、蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物；其次是它們的研究對象之間的對應(yīng)關(guān)系有差別；另外，它們的研究手段也有較大的差異?；蚪M和轉(zhuǎn)錄組學(xué)主要依靠日益成熟的DNA測序儀和基因芯片等技術(shù)手段；蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)主要依賴高通量高靈敏度的化學(xué)分析儀器。雖然在研究對象和方法上有著明顯的區(qū)別，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與代謝組學(xué)之間還是存在十分密切的聯(lián)系：生物信息從DNA、mRNA、蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物、細(xì)胞、組織、器官、個體的方向進(jìn)行流動，形成了DNA、mRNA、蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物、細(xì)胞、組織、器官到個體這幾個自下而上、逐級上升的研究層次。

2.與基因組，轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)相比，代謝組學(xué)有什么優(yōu)勢？

1）基因和蛋白表達(dá)的微小變化會在代謝物上得到放大，從而使檢測更容易；

2）小分子的產(chǎn)生和代謝是生物機(jī)體作用的最終結(jié)果，生物體液的代謝產(chǎn)物分析能夠更直接，更準(zhǔn)確的反映生物體的病理生理狀態(tài)

3）代謝組學(xué)的研究不需建立全基因組測序及大量表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)的數(shù)據(jù)庫；

4）代謝物的種類要遠(yuǎn)小于基因和蛋白的數(shù)目，物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)簡單很多(每個組織中大約為103數(shù)量級，而最小的細(xì)菌基因組中也有幾千個基因；

5）代謝產(chǎn)物在各個生物體系中都是類似的，所以代謝組學(xué)研究中采用的技術(shù)更容易在各個領(lǐng)域中應(yīng)用。

3.代謝組學(xué)檢測的手段有哪些？

目前主要技術(shù)手段是核磁共振（NMR ），液-質(zhì)聯(lián)用（GC-TOF-MS），氣-質(zhì)聯(lián)用（GC-MS），等。通過檢測一系列樣品的譜圖，再結(jié)合化學(xué)模式識別方法，可以判斷出生物體的病理生理狀態(tài)，基因的功能，藥物的毒性和藥效等，并有可能找出與之相關(guān)的生物標(biāo)志物（biomarker）。

4. 代謝組學(xué)可以檢測哪些樣品，應(yīng)該怎么選擇研究的樣本類型？

代謝組學(xué)主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產(chǎn)物的小分子代謝物（MW<1000）。其樣品主要是血清、血漿、尿液、糞便、細(xì)胞、細(xì)菌、組織、培養(yǎng)液等。實驗研究樣本類型，取決于課題的研究目的和檢測目標(biāo)。血、唾液、尿、糞便等生物樣品無創(chuàng)或微創(chuàng)方式的采集方式便于臨床轉(zhuǎn)化和推廣，常用于臨床診斷的生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)和驗證，探索和解釋疾病的病理機(jī)制研究常選用組織和細(xì)胞樣品。

5. 做代謝組學(xué)的樣本應(yīng)如何處理？

代謝研究的樣本處理和采集要遵循“保持最鮮活狀態(tài)”的原則，樣本采集后立置于液氮、干冰或者-80°C冰箱中保存，深低溫使酶失活，細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)停止，阻止樣本離體后的進(jìn)一步代謝活動，效果穩(wěn)定。具體樣品的收集方法可咨詢?nèi)A盈生物技術(shù)支持。
 

6. 檢測菌群相關(guān)代謝物，應(yīng)該選擇什么類型的樣品，怎么收集？

糞便是腸道菌群和宿主互作的終端，具有無創(chuàng)、易于獲得特點，常被選擇用于菌群相關(guān)代謝物的檢測。大鼠直接取2-3粒；小鼠糞便小，需要收集≥5粒，將待取樣的小鼠放進(jìn)干凈的鋪有消毒濾紙的籠子里，小鼠排便后立即收集糞便樣本。不同的小鼠取樣要更換新的濾紙；小鼠糞便采用滅菌離心管，分裝好后立即放入-80℃保存；人的糞便樣品收集需注意：糞便樣本存在異質(zhì)性，新鮮糞便凍存之前，用無菌棒將樣品混勻。

7. 代謝組學(xué)研究怎么設(shè)置生物學(xué)重復(fù)？

代謝物處于生命活動的下游，其動態(tài)波動性相較于基因和蛋白較大，需要生物學(xué)重復(fù)來增加數(shù)據(jù)的可靠性和說服力。對于臨床樣品：30-50例/組，模式動物：10-20例/組，細(xì)胞樣本：4-6例/組，微生物：8-15例/組。樣本重復(fù)數(shù)量最好大于6個，樣本數(shù)量過少，后續(xù)多元統(tǒng)計分析模型容易過擬合，統(tǒng)計結(jié)果不可靠，會受到質(zhì)疑。每組樣本的生物學(xué)重復(fù)的個數(shù)最好相差不要太多，差別不要超過2/3。

8. 同一個實驗的樣品可不可以分成兩批檢測？

建議最好不要分成兩批檢測，因為這不同時間點儀器的響應(yīng)可能會發(fā)生變化，一些含量低的物質(zhì)可能只在一個批次里被檢出，導(dǎo)致最終的結(jié)果不可靠，因此我們應(yīng)當(dāng)盡可能的減少人為因素以及儀器對實驗結(jié)果的影響。