代谢组学平台揭示了普通实验室技术的根本缺陷

“我们发现，即使在GC-MS中使用相对较低的温度，也会对小分子分析产生不利影响，”该研究的资深作者、TSRI斯克里普斯代谢组学中心高级主任、化学、分子和计算生物学教授加里·西乌兹达克说。

利用XCMS (Siuzdak实验室开发的数据分析平台)的新功能，研究人员在模拟GC-MS过程的实验中观察到小分子的变化，甚至消失，这对GC-MS生成的数据的性质提出了质疑。

GC-MS进一步观察

50多年来，化学家和生物学家一直使用GC-MS来识别和测量小分子的浓度。当样品被注入GC-MS系统时，它被加热并汽化。蒸汽通过气相色谱柱，分子分离，使质谱仪可以测量样品中的单个分子。今天，GC-MS被广泛应用于数千个实验室，用于化学分析、疾病诊断、环境监测甚至法医调查等任务。

新的实验是在Siuzdak为美国质谱学会年会上的学生准备短期课程时开始的。因此，Siuzdak和TSRI副研究员方明亮(Mingliang Fang)进行了一系列实验，比较小分子对热应力的反应。

令他们惊讶的是，多达40%的分子的分子谱被改变了，这表明GC-MS过程产生的热量可能会极大地改变样品的化学成分。

Siuzdak说:“结果非常惊人，因为这是一项已经使用了几十年的技术。”

这一发现促使研究人员进一步研究了分子在GC-MS过程中是如何降解和转化的。

热使分子转化

科学家们分析了在60、100和250摄氏度加热的小分子代谢物，以模拟样品制备和分析条件。该团队使用XCMS结合低温液相色谱质谱技术来确定热效应的程度，而低温液相色谱质谱技术此前已被证明不能热降解分子。

研究人员观察到即使在较低的温度下也有明显的退化。在较高的温度下，几乎一半的分子被降解或完全转化。

Siuzdak说:“回想起来，这没什么好惊讶的:热会降解分子。”“然而，我们只是认为热降解的程度是理所当然的。虽然这是一个消极的结果，科学家们很少发表它们，但我觉得有必要报告这种无处不在的技术的局限性，尤其是那些刚刚开始职业生涯的学生。”

研究人员指出，即使是在GC-MS中通常观察不到的分子也可以被转化;例如，能量代谢物三磷酸腺苷(ATP)很容易转化为单磷酸腺苷(AMP)。这种转化与医学研究相关，因为科学家经常使用加热过程来观察细胞中ATP与AMP的比例，以估计细胞成分在衰老和疾病中的功能。

方舟子说:“人们用这个比例来检测疾病，但如果这个比例可以通过加热过程来改变，结果就不准确了。”“我们知道ATP对热敏感，但不知道它在这些条件下是如何变化的。”

热降解也可以解释为什么许多科学家在过去探测到许多未知的分子“峰”。基于这项新研究，研究人员现在认为这些代谢物可能是加热过程的副产物——代谢物在降解过程中发生反应的结果。

下一步

那么，为什么科学家直到现在才发现加热的影响呢?Siuzdak解释说，虽然一些科学家已经注意到特定代谢物的变化，但很难看到包含数千个分子的整体分子谱的变化。

这项基于组学的研究是由TSRI斯克里普斯代谢组学中心开发的XCMS项目中的新功能实现的。XCMS是一种免费的基于云的数据分析技术，用于分析全球的质谱数据。

“有了XCMS，我们可以扩展我们的研究，以获得代谢产物如何改变的全球概况，而不仅仅是少数化合物，”方说。

Siuzdak说:“幸运的是，这些问题可以通过使用GC-MS标准以及使用更新的环境温度质谱技术来克服，这份报告可能会刺激更多的科学家转向这些破坏性较小的替代方案。”