实验问答
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皮诺飞生物代谢(FAQ)组学实验常见的问题解答汇总

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什么是代谢组学

答:

代谢组学(metabonomics/metabolomics)是指对一个生物体系在特定时间和条件下所有小分子(相对分子质量小于1500)代谢物质的定性定量分析,从而描述生物内源性代谢物的整体及其对内、外因素变化应答规律。它是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,以信息建模与系统整合为目标系统生物学的一个分支。

代谢组学的研究步骤一般是什么?

答:

代谢组学的研究步骤一般包括样品的前处理、数据的采集、数据预处理、多变量数据分析、标志物识别、通路分析等步骤。

代谢组学有哪些特点和优势?

答:

1)可以关注更多的内源性化合物。

2)对生物体内的小分子化合物进行定性定量研究,也可以基于定量结果做比较分析。

3)根据得出的小分子化合物的上调和下调指示了与疾病、毒性、基因修饰或环境因子的影响。

4)上述内源性化合物可以被用于疾病的诊断和药物筛选。

5)代谢物水平可与生物表型变化建立直接相关性,可以作为连接直接表型和生物学机理的桥梁。

6)目前基因和蛋白质功能的研究相对有限,大多基因和蛋白的功能未知。而很多内源性小分子化合物的生化代谢网络已有深入研究,更容易进行生物意义分析。

代谢组学要的生物学重复一般为多少?

答:

建议:临床样本N≥30、动物样本N≥10、细胞样本N≥8、植物样本N≥8、微生物样本N≥8。

代谢组学相较于其余组学,处于下游位置,经过生物学过程得到层层放大,所以个体间的差异也放大。所以为了避免样本代谢谱个体化差异带来的分析误差,要求样本数量尽可能得多。如果生物学重复数目太少的话,后期构建模型较差,满足条件的差异代谢物会很少,只有三个生物学重复的话很难甚至没有办法进行统计学分析。

代谢组学主要检测平台有哪些?GC和LC各自有什么特点?

答:

主要检测平台有GC-MS、LC-MS和NMR。所有的样品类型都可以用这3种平台检测,但目前GC-MS、LC-MS均能分析范围很广的代谢组分,因此两者都是代谢组学研究分析中很重要的工具。

LC-MS技术对待测组分的挥发性和热稳定性没有要求,不需繁琐的衍生化步骤,样品前处理简单,检测温度低,分离物质快速、高效,LC与MS高灵敏度、高专属性的优点结合,与GC-MS相比较可以鉴定更广的物质范围,此特别适用于微量复杂混合物的分离和高通量研究,是目前代谢组学研究中最常用的分析技术。

GC-MS技术气相色谱是一项成熟的分析技术,GC的高效分离结合 MS 的结构鉴定功能,使GC-MS具有高精密度、灵敏度及耐用性,成为代谢组学研究的重要平台之一。它与LC-MS相比,优势在于可从标准谱图库中获得化合物结构信息,易对代谢物进行定性。不足之处为对于不挥发性组分如生物体系中极性比较大的糖类、氨基酸等成分的分析,需要进行衍生化才能得到较多的代谢组分信息。

POS, NEG 什么意思?这两类代谢物在分析的时候,如何对待?

答:

POS, NEG分别表示数据采集时候的正离子和负离子两种模式。负离子和正离子是数据采集时的时候的两种模式生成两套数据,所以一级分析(MS)结果中是提供 POS 和 NEG 两个检测结果列表的,但是在二级分析(MSMS)结果中,我们将鉴定正负离子模式下鉴定到的物质进行了合并,所以二级分析是针对代谢物来做的,不区分正负离子模式。

当正负离子模式下都检测到了某种物质,如何对该物质的结果进行呈现?

答:

会根据匹配参数进行取舍,选用匹配参数更好的模式下的数据在二级结果中进行分析。

靶向项目也需要分正负离子模式采集吗?检测中信号采集时间是多少?

答:

靶向项目根据不一样的物质,采取不同的模式,也可能两种同时使用。采集时间不固定。

我们常说的 FC 是什么?

答:

FC全称是 Fold Change,差异倍数;

代谢组中以 A vs B 为例,A 是处理(分子)B 是对照(分母);FC=MeanA/MeanB。

同一个实验,能分开送样分别检测然后放在一起分析吗?

答:

不建议,同一实验最好是一起上机检测,否则不同时期,实验操作、仪器状态等的不同都会对结果产生影响。

非靶向代谢组能得到代谢物的实际浓度吗?

答:

不能,非靶向代谢组得到的是代谢物的相对丰度,为相对定量,无法计算其实际的含量浓度。

血液样本做代谢组学分析,血清样本和血浆样本哪一个比较好?

答:

血清血浆都是血液样本处理后得到的样品,现有文献报道血清血浆中代谢物种类及丰度确实不同,但对于研究而言,并没有明确表明哪种样本类型优于另一种,所以在选择血清or血浆时,只要在收样时保证统一即可,且血液样本最好是选择EDTA或肝素抗凝的血浆比较好。收集过程需要避免溶血,样收集后应保存在-80℃条件下,并且避免反复冻融。

为什么有时候一些常见的代谢产物检测不到?

答:

非靶代谢物的检测对代谢物的检测没有针对性,并不会根据客户感兴趣代谢物种类进行针对性的提取,所以检测到的代谢物可能不是关注的结果。非靶代谢检测技术对于信号强度比较低的代谢物会干扰,信号可能会被掩盖,就不能很好的鉴定到。如果有明确的研究方向,一般会采用靶向代谢组学,靶向代谢物组学分析会针对关注的代谢物进行检测,检测结果会比较理想。对于非靶向代谢目前没有哪一种技术可以一次鉴定到所有的代谢物。

为什么检测到几千个代谢物特征峰,但是最后定性的化合物却很少?

答:

代谢物可能会以不同的离子(带电)形式被检测多次,如质子化、去质子化、加和离子、同位素峰、二聚体、三聚体以及特有的离子形式等,所以检测到的离子峰会很多,但是有很多最终只能定性出一种代谢物。另外,公共数据库仅根据分子量匹配,候选可能多,导致结果假阳性高。质谱定性结果最终需要结合一级和二级的结果一起进行。

收集粪便样本发现不够,是否可以使用肠道内容物来补充?

答:

不可以。研究表明,肠道内容物代谢物和粪便中代谢物有着很大区别,甚至不同肠段中代谢物种类都是有着很大的区别,代谢组学检查时,最多可接受结肠以后部位可视为粪便样本

送样过程有哪些需要注意的事项?

答:

低温原则:在采集、处理及运输过程中,请全程保持低温;

一致性原则:在实验设计和取样的过程中,保持一致性;

(a)设计一致性, 不同样品除了需研究的内容不一致,其它都保持一致; 

(b)时间一致性,采样时间应控制在同一时间范围内;

(c)预处理一致性,即所有样品的预处理方法、试剂等均保持一致;

避免溶血:采血过程中一定要避免溶血发生,血液掺杂异物、剧烈震荡、离心转速过快等均可能导致溶血。

靶向代谢组学为什么一定要提供标准品?

答:

靶向代谢组学是针对目标代谢物进行定性定量分析的一门研究,其中定量的过程中,需要首先建立目标代谢物的标准曲线,然后才能进样分析。

靶向代谢是如何进行定性和定量的?

答:

靶向定性是根据代谢物的母离子和子离子精确分子量,通过质谱MRM模式经行定性。靶向绝对定量是根据代谢物的实际检测峰面积与标准品的峰面积经行换算得到的。

为什么非靶的结果用靶向没验证出来?

答:

非靶代谢和靶向代谢检测是两种完全不一样的检测原理,非靶代谢主要是广谱性,通过不同色谱柱及离子化方式,尽可能采集多的代谢物离子峰,通过数据库比对鉴定差异代谢物,寻找biomarker或者不同组别之间的差异比较;靶向代谢是根据MRM(多反应监测)的方法对于目标代谢物进行定量分析和比较,匹配的是母离子/子离子对现。所以两者目的不尽相同,鉴定方法和得到的结果展示均不相同。

另外提取方法也不一致:非靶的提取方法会得到样本中的大部分代谢物,没有针对性;而靶向的话是针对某一类型的物质有专门的提取方法。

为什么靶向列表中的代谢物没有全部鉴定到?

答:

靶向代谢是针对性的对某一类代谢物进行检测,不同类型的样本代谢物的种类及丰度不尽相同,当代谢物的丰度低于检测限的时候也检测不到,所以代谢物不一定全都能检测出。

如果靶向检测过程中,有物质RSD>30%,说明什么?

答:

RSD>30%的代谢物的定量说明可能该代谢物在检测过程中不稳定或者易受基质效应的影响,该定量结果慎重使用。

火山图应该怎么看?火山图上的点怎么对应物质?

答:

火山图是通过 p 值和 FC 值来进行可视化作图的,有的火山图会整合 VIP 值,用圆圈的大小来显示 VIP 值的大小;同时红色点表示显著性上调,绿色或蓝色点表示显著性下调。

三组分析为什么没有火山图?

答:

火山图主要根据 FC(Fold-change)和 p-value(统计学 p 值)来绘制,FC 的计算方法为 FC=Mean A/Mean B(比较组设置为 A vs B,则 FC 为 A 组均值与 B 组均值的比值),而三组及三组以上的比较是无法计算三个组的比值的,所以只有两两比较的组别设置中可以绘制火山图。

代谢组学定性的原理是什么?

答:

代谢物定性主要过程:质谱采集可以得到准确的母离子质荷比、保留时间和二级碎裂的图谱,然后运用我们的二级数据库,通过代谢物与数据库的一级二级信息匹配,最后通过匹配度设置及定性信息。通过该方法得到的信息准确性很高,也是很严格的一种匹配方式。

信号强度值是否为峰面积的数据?是否进行归一化处理?

答:

信号强度值是峰面积的积分。鉴定结果中是有每个化合物的相对含量,也就是代谢物峰面积。峰面积是相当于样本真实的表达量,不进行归一化处理;热图用强度值进行 Z-score 归一化处理后生成的。

通路富集分析 P-value 值与差异代谢物筛选分析 P-value 值区别?

答:

代谢通路富集分析时是通过 Fisher 精确检验 (Fisher’s Exact Test)得出 P-value 值,P-value<0.05 的代谢通路与研究背景更相关,更有意义,更值得关注,但是并不是说 P>0.05 的通路就不可选择,所有富集到的代谢物通路都可以选择的。差异代谢物筛选的 P-value 值是单维统计分析 T-test 检验所得的值。两者使用的统计学分析方法不一样。

为什么要求两个比较组生物学重复个数接近或者个数差异不超过 1/3?

答:

如果两组个数差异较大,代谢组学结果数据分析和建模时,会偏向个数比较多的一组,丢失客观性,筛选出的差异代谢物有可能是组数个数差异较大造成的,而不仅仅是实验处理引起的差异。

PCA 主成分中能看到 A 组、C 组、D 组分别有偏差较大的样本,请问这几个样本是否在数据统计中予以剔除,剔除与不剔除的优缺点分别是什么?

答:

为保证样品及数据的真实性,在数据处理过程中,我们不会主动剔除样品。剔除离散点在一定程度上会使样品组间趋势一致,不建议剔除,有时候剔除一个离散点在重新分析的时候可能会有新的离散点出现。

XX物质不用绝对定量的话,我们可以用非靶检测出来吗?

答:

非靶主要目的是尽量全面无差别的检测出样本中的代谢物,如果有关注的物质,最好选择靶向,因为靶向提取方法会更有针对性,而非靶提取的时候更注重提取代谢物的种类和数量。

为什么数据库里有,但测不到?

答:

检测的最终结果不能保证一定测到,原因可能有:

1. 样品中目标物质含量太低,质谱检测限达不到;

2. 其他丰度高的物质干扰,掩盖了目标信号。

为什么在实验中物质A的含量明显大于物质B,然而在代谢组数据中物质B的信号强度明显大于物质A的信号强度?

答:

由于不同物质具有不同的分子结构和性质基团,故不同物质在质谱的离子化效率、信号响应强度等参数都不尽相同,最后的结果是不同物质的质谱检测效率差别很大。所以比较代谢组学的定量结果,仅适用于同一物质在不同状态(实验/对照)间的比较,而非不同物质在同一实验状态下的比较。

长期保存的样本还能做代谢组学研究吗?

答:

样本在-80℃保存了2年或者更久能否做代谢组学研究,是可以做代谢组学检测的,但有些代谢物的含量会因为保存时间久了而降低,有些会下降,具体是哪些不好确定。