代谢组学常见问题与解答（十五）

Q1. 代谢组学是什么？

A:

代谢组学（英语：metabolomics）是对细胞、生物流体、组织或生物体内的小分子（通常称为代谢物，metabolites）的大规模研究。这些小分子及其在生物系统中的相互作用统称为代谢组。能够对生物样本中的代谢物进行全面分析的一项新兴技术，被定义为代谢组学技术。

代谢组学是在后基因组学时代兴起的一门跨领域学科，其主要目标是定量的研究生命体对外界刺激、病理生理变化、以及本身基因突变而产生的其体内代谢物水平的多元动态反应。代谢组学诞生于上个世纪末，由英国伦敦帝国大学Jeremy Nicholson教授创立，之后得到迅速发展并渗透到多项领域，比如疾病诊断、医药研制开发、营养食品科学、毒理学、环境学，植物学等与人类健康护理密切相关的领域。

Q2. 代谢组学研究的最大难点是什么？

A:

代谢组学是一项研究生物体内代谢物总体及其动态变化的学科。由于代谢物的种类繁多、结构复杂，代谢组学面临着一系列的挑战和难点：代谢物的复杂性、样品处理的复杂性、代谢物的动态变化、代谢物鉴定的困难、数据的处理和解释、样本的获取和处理、数据的标准化和比对。

但如果要突出一个作为“最大”的挑战，那么代谢物鉴定的困难通常被认为是最为棘手的部分。原因如下：

1.数据库不完备：

与已建立较完善的蛋白质数据库和基因数据库不同，代谢物数据库相对较为有限。尽管已有一些知名的代谢物数据库，如HMDB、Metlin和KEGG，但很多代谢物尚未被鉴定或纳入数据库。

2.化学结构的复杂性：

代谢物可能存在多种同分异构体，即使它们具有相同的分子量，其结构和功能也可能完全不同。这给鉴定带来了额外的复杂性。

3.低浓度代谢物的鉴定：

许多具有重要生物学意义的代谢物在样品中的浓度非常低，可能位于检测极限以下，这使得它们很难被鉴定。

4.技术局限：

即使使用先进的质谱技术，也难以获得关于某些代谢物完整和精确的结构信息。

Q3. 代谢组学分析会筛选到目标物种之外的代谢物吗？

A:

是的，代谢组学分析可能会筛选到目标物种之外的代谢物。这些非目标物种的代谢物可能来源于以下几种情况：

1.环境污染：

样品在采集、存储、处理或分析过程中可能被环境中的化学物质污染。

2.实验试剂和材料：

实验中使用的试剂、溶剂或其他材料可能包含化合物，这些化合物在代谢组学分析中可能被检测出来。

3.微生物污染：

如果样品中存在微生物污染，这些微生物的代谢物可能被检测到，特别是在对复杂样品（如肠道内容物）进行分析时。

4.食物或药物来源：

如果研究对象摄取了特定的食物或药物，那么这些食物或药物及其代谢产物可能在代谢组分析中被检测到。

5.仪器背景噪声：

大多数分析仪器（如LC-MS、GC-MS）都有一定的背景噪声，这可能导致一些非特异性的化合物被检测到。

为了解决这些问题，通常可以采取以下策略：

1.使用对照样品：

如空白对照（不含生物样品的缓冲液或溶剂），可以帮助识别和排除来自试剂和材料的污染物。

2.数据预处理：

使用特定的数据处理和统计方法来识别和排除异常值或背景噪声。

3.代谢物鉴定：

对检测到的代谢物进行更深入的鉴定，与已知的数据库进行对比，确保其来源于目标物种。

4.避免污染：

确保实验操作的无菌性和清洁性，使用纯净的试剂和溶剂，并妥善存储样品。

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