江南大学1代谢组学-方法与应用授课教师：吴敬教授授课时间：2009年11月江南大学2“基因组学反映了什么是可以发生的，转录组学反映的是将要发生的，蛋白质组学指出了赖以发生的，只有代谢组学才真正反映业已发生的。”——许国旺江南大学3第一章代谢组学的简介第二章代谢组学的研究方法第四章代谢组学的应用第五章代谢组学的发展前景江南大学4组学时代4种最重要的组学江南大学5代谢组学（Metabonomics/Metabolomics）是通过考察生物体系（细胞、组织或生物体）受刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或其随时间的变化，来研究生物体系的一门科学。代谢组（metabolome）是基因组的下游产物也是最终产物，是一些参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长功能和生长发育的小分子化合物的集合，主要是相对分子量小于1000的内源性小分子。代谢物数量因物种不同而差异较大：植物（200000种）、动物（2500种）、微生物（1500种）江南大学6代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放（cellsignaling），能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究代谢组（metabolome）——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的一门学科。基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关。因此有人认为，“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了。”（BillLasley,UCDavis）江南大学7198219831984198919992000200120022004VanDeGreefVanDeGreef:publicationofMSforurineprofilingSadler,BuckinghamandSadler,BuckinghamandNicholson:Nicholson:Firstpublicationon1H-NMRofbloodandplasmaNicholson,etal.:Nicholson,etal.:Multi-componentanalysisofspectradatafromraturineNicholsonandWilson:NMRspectroscopyofbiofluidsNicholson:Nicholson:DefinitionofMetabonomicsHaselden,etal.:Haselden,etal.:FirstindependentPharmapublicationofMetabonomicsNicholson,Lindon,andNicholson,Lindon,andHolmes:Holmes:PublicationinNatureonMetabonomicsHolmesandAnttiHolmesandAnttiExplanationofstatisticsinMetabonomicsIncreasing#ofIncreasing#ofpublicationspublications第一章代谢组学简介——代谢组学的发展江南大学8代谢组学的特点：1.关注内源化合物2.对生物体系的小分子化合物进行定量定性研究3.上述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.上述内源性化合物的知识可以被用于疾病的诊断和药物筛选与转录组学和蛋白组学相比，代谢组学有以下优点：1.基因与蛋白质表达的微小变化会在代谢物上得到放大，从而使检测更容易2.代谢组学的研究不需要建立全基因测序及大量序列标签（EST）的数据库3.代谢物的研究种类远小于蛋白质的数目4.研究中采用的技术更通用江南大学9♦GenomicsandProteomicsarenotsufficienttodescribereasonsfortoxicityordiseasestate基因组学和蛋白组学对于毒性或疾病状态的描述是不足的♦NeitherGenomicsnorProteomicscanproducetimecourseinformationwhichisimportantforanimaltoanimalcomparison基因组学和蛋白组学都不能提供动态信息，但这些信息对于动物间的比较是重要的♦Metaboliteprofilingproducesinformationonthebiochemicalpathwayseffected代谢物分析能提供生化途径结果的信息♦Monitoringmetabolitesallowsconcurrentorsequentialaffectstobemonitored,e.g.blockingofametabolicpathwayinthelivercanleadtotoxicityinthebrain(hydrazine)代谢监控可监控即时或相继的结果，例如：阻断肝脏中代谢途径会在脑中产生毒性肼♦Metabonomics,unliketheother“omics”isnon-invasive不像别的组学研究，代谢组学是无创的TheNeedforMetabonomicInformation江南大学10代谢组学研...
