代謝組學（Metabolomics）的概念最早由英國   Nicholson于1999年提出，是系統(tǒng)生物學的有機組成部分。代謝組學旨在對生物體內所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系。代謝組學的研究對象大都是相對分子質量小于1000小分子物質，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，代謝組學研究具有獨特的應用優(yōu)勢：1. 基因和蛋白表達的微小變化可通過代謝酶的催化反應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，對生物體變化的反映更加靈敏；3. 代謝反應及終產(chǎn)物在各個物種的生物體系中都是類似的，因此，代謝組學方法學通用性更強；4. 代謝組學的技術不需建立全基因組測序及大量表達序列數(shù)據(jù)庫，直接對幾乎所有樣本類型進行檢測，包括全血、血漿/血清、組織、細胞、細胞培養(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，代謝組學的研究技術手段逐步成熟。目前質譜技術：氣質聯(lián)用技術（GC-MS）和液質聯(lián)用技術（LC-MS），已逐步取代核磁技術（NMR），成為代謝組學研究的主流技術。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，相對于基因組學等技術方法，代謝組學要求樣品的生物學重復要更多。

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

應用方向：

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

 

代謝組學知識問答（Q&A）

1.代謝組學與基因組學、轉錄組學、蛋白質組學之間有著明顯的差別。
首先它們的研究對象不同：基因組學、轉錄組學、蛋白質組和代謝組學的研究對象分別是DNA、mRNA、蛋白質和代謝產(chǎn)物；其次是它們的研究對象之間的對應關系有差別；另外，它們的研究手段也有較大的差異。基因組和轉錄組學主要依靠日益成熟的DNA測序儀和基因芯片等技術手段；蛋白質組學和代謝組學主要依賴高通量高靈敏度的化學分析儀器。雖然在研究對象和方法上有著明顯的區(qū)別，基因組學、轉錄組學、蛋白質組學與代謝組學之間還是存在十分密切的聯(lián)系：生物信息從DNA、mRNA、蛋白質、代謝產(chǎn)物、細胞、組織、器官、個體的方向進行流動，形成了DNA、mRNA、蛋白質、代謝產(chǎn)物、細胞、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，轉錄組學和蛋白質組學相比，代謝組學有什么優(yōu)勢？

1）基因和蛋白表達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)生和代謝是生物機體作用的最終結果，生物體液的代謝產(chǎn)物分析能夠更直接，更準確的反映生物體的病理生理狀態(tài)

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

4）代謝物的種類要遠小于基因和蛋白的數(shù)目，物質的分子結構簡單很多(每個組織中大約為103數(shù)量級，而最小的細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，所以代謝組學研究中采用的技術更容易在各個領域中應用。

3.代謝組學檢測的手段有哪些？

目前主要技術手段是核磁共振（NMR ），液-質聯(lián)用（GC-TOF-MS），氣-質聯(lián)用（GC-MS），等。通過檢測一系列樣品的譜圖，再結合化學模式識別方法，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的生物標志物（biomarker）。

4. 代謝組學可以檢測哪些樣品，應該怎么選擇研究的樣本類型？

代謝組學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、細胞、細菌、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。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化和推廣，常用于臨床診斷的生物標志物發(fā)現(xiàn)和驗證，探索和解釋疾病的病理機制研究常選用組織和細胞樣品。

5. 做代謝組學的樣本應如何處理？

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，細胞內生化反應停止，阻止樣本離體后的進一步代謝活動，效果穩(wěn)定。具體樣品的收集方法可咨詢華盈生物技術支持。
 

6. 檢測菌群相關代謝物，應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：糞便樣本存在異質性，新鮮糞便凍存之前，用無菌棒將樣品混勻。

7. 代謝組學研究怎么設置生物學重復？

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，需要生物學重復來增加數(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，細胞樣本：4-6例/組，微生物：8-15例/組。樣本重復數(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)計結果不可靠，會受到質疑。每組樣本的生物學重復的個數(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可能會發(fā)生變化，一些含量低的物質可能只在一個批次里被檢出，導致最終的結果不可靠，因此我們應當盡可能的減少人為因素以及儀器對實驗結果的影響。