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采用 LC/MS、GC/MS安捷倫代謝組學(xué)工作流程解決方案
閱讀：1108 發(fā)布時間：2022-3-15前言：安捷倫科技公司是代謝組學(xué)解決方案領(lǐng)域名符其實的領(lǐng)dao者。代謝組學(xué)是對代謝物，即參與細(xì)胞內(nèi)生物學(xué)過程中的有機小分子進行鑒定和定量的技術(shù)。這些分子是生物學(xué)功能的重要指標(biāo)，通過研究這些分子，可以獲得有關(guān)細(xì)胞生理學(xué)、代謝及毒性的*見解。由于不同種類的代謝組學(xué)實驗需要不同的技術(shù)方法，因而安捷倫提供了幾種不同的工作流程解決方案。這些工作流程采用液相色譜/質(zhì)譜 (LC/MS)、氣相色譜/質(zhì)譜 (GC/MS)以及核磁共振 (NMR) 儀器采集數(shù)據(jù)，利用代謝組學(xué)化合物數(shù)據(jù)庫進行化合物鑒定，并用軟件進行數(shù)據(jù)分析和生物學(xué)解析。
本文將對這些代謝組學(xué)工作流程的各個部分進行概述（圖 1）。同時還討論了在選擇各種方法時需要考慮的問題。例如，實驗的多個技術(shù)因素如靈敏度要求、樣品復(fù)雜性、樣品前處理，以及目標(biāo)代謝物的化學(xué)性質(zhì)等都會影響到最終的技術(shù)決策。這些因素以及其它一些因素都會在后面的章節(jié)中一一進行詳細(xì)闡述。靶向代謝組學(xué)和發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)的比較代謝組學(xué)實驗包括發(fā)現(xiàn)和靶向方法。發(fā)現(xiàn)代謝組學(xué)是指對非靶向性的一系列代謝物的研究，在一組重復(fù)性的實驗樣本中尋找與對照組相比豐度具有顯著性統(tǒng)計差異的代謝物，并且確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。相比之下，靶向代謝組學(xué)是指對預(yù)先經(jīng)過鑒定的代謝物的豐度進行精確檢測，如針對大量樣品的驗證性研究。靶向?qū)嶒灴梢愿叨榷炕ǔＰ枰褂梅治鰳?biāo)樣。
基于質(zhì)譜的代謝組學(xué)質(zhì)譜 (MS) 方法因其較寬的動態(tài)范圍、高靈敏度、高重現(xiàn)性以及分析復(fù)雜生物體液的能力，已被廣泛用于代謝組學(xué)研究。為了解決樣品復(fù)雜性問題，通常將分離手段（氣相色譜、液相色譜或毛細(xì)管電泳）與質(zhì)譜分析進行串聯(lián)，以檢測到盡可能多的代謝物。質(zhì)譜信息和分離實驗的保留時間（或遷移時間）中所包含的化學(xué)信息都將被用于跟蹤和鑒定分析中的代謝物。這一點是非常必要的，因為單靠質(zhì)譜本身通常不能區(qū)分同重異位的代謝物，而色譜卻能分離與鑒定異構(gòu)體。氣相分離方法比液相分離方法更適合于非極性化合物，但它們對其它多種化合物卻能夠?qū)崿F(xiàn)同等優(yōu)秀的分離性能。
質(zhì)譜代謝組學(xué)的方位資源為支持發(fā)現(xiàn)和靶向質(zhì)譜代謝組學(xué)，安捷倫提供了一系列可適用于特定應(yīng)用的 GC/MS和 LC/MS 儀器，包括飛行時間 (TOF)、四極桿飛行時間 (Q-TOF) 和三重四極桿(QQQ) 質(zhì)譜儀（圖 2）。安捷倫系統(tǒng)具有*設(shè)計，即使在高豐度代謝物存在的情況下也能夠檢測出低豐度目標(biāo)物，同時實現(xiàn)最佳的重現(xiàn)性。Agilent Q-TOF 儀器（與LC 或 GC 聯(lián)用時）之所以能夠做到這一點，其中的關(guān)鍵性設(shè)計是采用了雙增益信號處理，使得儀器的有效線性動態(tài)范圍達(dá)到了 5 個數(shù)量級。1除了全系列的高性能 GC/MS 和 LC/MS儀器之外，安捷倫還開發(fā)出必要的軟件工具用于分析、鑒定和解析代謝組學(xué)實驗所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。每臺儀器都采用相同的數(shù)據(jù)分析軟件，為需要多種質(zhì)譜配置的實驗提供一致的用戶體驗。安捷倫還開發(fā)出專門針對代謝組學(xué)的化合物鑒定數(shù)據(jù)庫和譜庫，用于評價 GC/MS 和 LC/MS 數(shù)據(jù)。2 采用 Agilent GeneSpring 軟件中的Mass Profiler Professional (MPP) 模塊對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，該模塊是一個統(tǒng)計學(xué)分析和數(shù)據(jù)可視化工具，能夠讓研究人員從數(shù)據(jù)中快速發(fā)現(xiàn)并提取有用的結(jié)果。我們將會在本文的后面部分詳細(xì)描述MPP 的使用。
代謝物數(shù)據(jù)庫安捷倫與開發(fā)新一代代謝組學(xué)技術(shù)和工具的杰出的代謝組學(xué)研究人員合作，將他們的研究進展囊括到穩(wěn)定的解決方案中，以增強并簡化代謝組學(xué)研究。作為充分印證這一理念的關(guān)鍵示例，安捷倫努力創(chuàng)建了專業(yè)數(shù)據(jù)庫和譜庫，用于通過質(zhì)譜進行化合物鑒定，以提高化合物鑒定的準(zhǔn)確度。特別是，我們已經(jīng)與 Oliver Fiehn 博士緊密合作，開發(fā)出包含大約 700 個常見代謝物2 的可搜索 GC/MS 電噴霧電離 (EI) 譜圖和保留時間指數(shù)數(shù)據(jù)庫。對于 LC/MS研究，我們已經(jīng)與 Gary Siuzdak 博士共同開發(fā)出 METLIN 個人化合物數(shù)據(jù)庫與譜庫(PCDL)，其中包含超過 25000 種化合物（包括 8000 種脂類），以及 2200 種化合物的譜圖和大約 700 種標(biāo)樣的保留時間。3如需了解更多安捷倫數(shù)據(jù)庫資源的信息，請參閱“代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫資源：概述"。
結(jié)論本文概述了安捷倫用于各種代謝組學(xué)工作流程的一系列儀器、數(shù)據(jù)庫和軟件工具。包括復(fù)雜性、樣品量、真實性和化學(xué)特性（如極性）等的樣品特性，是幫助確定研究所需最佳工作流程的重要因素。另外，經(jīng)常會遇到需要組合采用多種方法的情形，例如需要同時采用發(fā)現(xiàn)和靶向代謝組學(xué)方法時，或者采用一種技術(shù)無法表征目標(biāo)化合物的化學(xué)多樣性時。對于所有這些情形，Agilent GeneSpring/MPP 軟件套裝能夠?qū)⒏鞣N生物學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，包括來自轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)或基因組學(xué)實驗的數(shù)據(jù)，并從生物學(xué)角度對其進行分析。這些分析既能夠產(chǎn)生新的生物學(xué)觀點，又能夠為可能獲得豐富成果的后續(xù)實驗提供指導(dǎo)。