6在代谢组学的里程碑:驾驶我们理解代谢物
在系统生物学,代谢组学被认为是相对较新的领域1。尽管如此,第一个报告的代谢研究可以追溯到1000年。值得注意的是,代谢分析发生在3000年前的古代中国。医生用蚂蚁来评估病人的尿液来检测是否有高含量的葡萄糖,使用这个作为糖尿病的指标2。其他提到的“筛选”尿高水平的血糖大约在同一时间被印度教徒和埃及医生记录,包括使用苍蝇和味道(我敢打赌,他们希望他们能听到使用蚂蚁)。
这个列表的里程碑在代谢组学将关注一些现代的突破和让他们使用的分析技术。第一个我们跳转到1940年代和罗杰·威廉姆斯的工作3。
特征的代谢模式
威廉姆斯和他的同事建议,个人可能有一个“代谢模式”,可以“数字指纹”通过研究它们的生物液体3。团队利用超过200000纸色谱的数据显示令人信服地代谢模式显著不同的科目,但相对一致的个体。威廉姆斯继续使用他的方法来检查样本多种学科,包括酗酒者、精神分裂症、精神病院的居民,和产生的证据表明,每个组都有一个特征代谢模式。
色谱、质谱和创造了一个短语
威廉姆斯和他的团队的工作后,该领域奠定休眠直到1960年末的气相色谱法(GC)的进步,液相色谱(LC)和质谱(MS)使代谢产物的定量测量。1971年装角和他的团队成功应用gc - ms测定代谢物在人类尿液和组织,这个流行词“新陈代谢”4。1970年代和1980年代,装角的工作,与鲍林和罗宾逊领导GC-MS-based技术的发展在生物体液代谢测量5。女士的代谢物分析仍然在系统生物学方法的方法的选择6。
核磁共振光谱学
GC运行与发展、LC和MS,核磁共振光谱也迅速发展。1974年,斯利和他的团队强调了核磁共振的价值,利用31 p NMR检测代谢物在修改的生物样本。第一个研究肌肉决定,90%的细胞与镁ATP是包裹7。较高的磁场的优点和魔角旋转8提高灵敏度,巩固核磁共振作为主要分析工具。杰里米·尼科尔森教授的实验室的工作一直是使用核磁共振代谢组学的动力。1984年,尼科尔森和他的团队展示了可能使用核磁共振诊断的糖尿病。值得一提的是尼科尔森教授的承诺,说今天ASBMB他回忆说,“我开车我妻子完全疯了,因为我在做实验,这是破坏家庭。我决定快速完全48小时,看看我的尿液每隔几小时。我看着我酮症近乎实时的发展。她看着我的脾气变得更糟”9。的开发和后续使用1 d, 2 d, 3 d,固态核磁共振提供了许多优点和确保核磁共振继续在许多代谢组学研究中发挥关键作用10。
第一个web数据库
斯克里普斯研究所Suizdak实验室中创建包含超过10000种代谢物,2004年和串联质谱数据。METLIN是第一个代谢组学web数据库描述人类代谢物。截至2017年5月,METLIN包括超过960000个分子从脂质,类固醇,植物和细菌代谢物,小肽,碳水化合物,外源性药物/代谢物,中心碳代谢产物和毒物11。虽然METLIN是第一个web数据库这绝不是唯一的一个,与代谢组学社会从他们的网站链接到总共35数据库12。
人类代谢组的第一稿
成立于2005年1月,人类代谢组项目(HMP)是一个拥有多个大学,multi-investigator项目由阿尔伯塔大学的David Wishart博士领导的编目所有已知的人类组织和biofluids代谢物。产生的高熔点的初稿人类代谢组2007年1月,由一个数据库的大约2500种代谢物,1200种药品和3500种食物成分的13。所有信息从HMP存档在人类代谢组数据库,可自由使用网络资源。完成HMP以来,类似的项目看植物物种已经进行多年,包括Medicago truncatula和拟南芥。
高通量代谢组学
代谢组学高通量方法应用的开发需要大规模的研究和常规临床实践。然而,MS-based代谢组学分析受限于时间工作流和鲁棒性问题14。
2015年,首次实时代谢物分析了乌维Sauer和他的团队。利用流动注射TOF-MS,他们开发了一个平台能够快速、持续和无人值守操作适用于整个cell-broth15。
大规模的代谢组学研究正在得到越来越多的使用。新方法提供数量级女士更快速分析细胞内的小分子代谢物正在帮助铺平道路走向真正的高吞吐量的代谢组学16。
2017年4月,柯克汉森和他的研究小组描述了一个3分钟的方法,利用最近的技术进步UHPLC女士和快速扫描分辨率技术14。他们描述这是结合的优势快速流动注射TOF-MS传统chromatography-based代谢组学的选择性。虽然不是适用于所有化合物的测量,这种方法的鲁棒性使它有用的各种生物分析矩阵相关基础科学和临床常规练习,包括biofluids、细胞和组织中提取。
现在我们可以不提没有涉及单个细胞代谢组学高通量代谢组学。当涉及到理解细胞的行为,毫无疑问,这将是非常重要的。然而在最近的一篇文章中发表在化学生物学在当前看来,萨奥尔形容这是“落后”,和“受到女士的局限性,贫穷与显微镜的集成,和失踪的自动化精密控制的16。不管玩的当前状态,单个细胞代谢组学显然是一个区域保持关注。
你认为我们的单吗?我们还有其他里程碑应该包括?让我们知道取得联系。
引用
1。Djukovic、d和那加那病高达,g。大规模SpectrometryBased概述,代谢组学:机遇和挑战,”摩尔。生物方法。(2014),doi: 10.1007 / 978 - 1 - 4939 - 1258 - 2 _1
2。van der Greef j .和Smilde a K。,Symbios化学计量学和代谢组学:过去,现在,和未来的j .化学计量学(2005),doi: 10.1002 / cem.941
3所示。盖茨,s . C, Sweeley C . C。基于气相色谱法,定量代谢分析。临床化学、(1978)、24:1663 - 1673。
4所示。装角,e . c和装角,m·G。人体代谢,通过GC和GC / MS。“j . Chromatogr Sci。,https://doi.org/10.1093/ chromsci / 9.3.129。
5。格里菲斯,w . j .和王,y的质谱分析:从蛋白质组学,代谢组学和lipidomics,“化学Soc牧师(2009),doi: 10.1039 / b618553n。PMID 19551169。
6。Aretz, i和Meierhofer, D。的优点和缺陷,基于质谱的代谢组分析在系统生物学的Int J摩尔Sci (2016) doi: 10.3390 / ijms17050632
7所示。斯利,p . j .等。观察组织代谢物使用31 p核磁共振的性质(1974),doi: 10.1038 / 252285 a0
8。https://en.wikipedia.org/wiki/Magic_angle_spinning
9。http://www.asbmb.org/asbmbtoday/201301/Feature/Nicholson/
10。Kruk, j . et al。核磁共振技术在代谢组学研究:一个快速概述利用的例子,“理智:增效。(2017)doi: 10.1007 / s00723 - 016 - 0846 - 9
11。http://metlin.scripps.edu/landing_page.php?pgcontent=mainPage
12。http://metabolomicssociety.org/resources/metabolomics-databases
13。Wishart d S。等人,“HMDB:人类代谢组数据库”。核酸研究(2007),doi: 10.1093 / nar / gkl923。
14。汉森,k c等。一个3分钟的高通量方法定量中央碳和氮代谢组学和定量跟踪实验途径,“质谱快速通讯(2017),doi: 10.1002 / rcm.7834
15。萨奥尔U。实时的代谢组分析代谢之间切换,饥饿和增长,“自然方法(2015)doi: 10.1038 / nmeth.3584
16。萨奥尔,高通量代谢组学的前沿,目前看来在化学生物学(2017),http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpa.2016.12.006
