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代謝組學(xué),妙手何來?|邁理奧,開拓代謝組學(xué)新科技的先鋒
今天要講到的代謝組學(xué)妙手來自何方?
來自我們優(yōu)秀的用戶——邁理奧(Meliomics)。
邁理奧的快速崛起,源自于他們對代謝組學(xué)領(lǐng)域的深刻理解和持續(xù)創(chuàng)新,而安捷倫出色的儀器和解決方案也為其提供了重要支持。
日前,我們有幸采訪到了邁理奧首席科學(xué)家厲良教授(加拿大皇家科學(xué)院院士)和學(xué)術(shù)總監(jiān)李佳博士,深入了解了代謝組學(xué)領(lǐng)域及其檢測環(huán)節(jié)所面臨的挑戰(zhàn)與機遇。
厲良教授是享譽國際的質(zhì)譜和代謝組學(xué)專家,加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大國家代謝組學(xué)研究創(chuàng)新中心聯(lián)合主任、加拿大阿爾伯塔大學(xué)終身教授、人類代謝組計劃聯(lián)合發(fā)起人、人類代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫 HMDB 聯(lián)合創(chuàng)始人,積累了豐富的學(xué)術(shù)成果,獲得諸多行業(yè)贊譽。
圖 1. 厲良教授正在接受采訪
什么是代謝組學(xué)?
隨著人們生活水平的提高,健康已成為重要關(guān)注點。常規(guī)體檢通過檢測肌酐、尿酸、膽紅素等代謝物來評估健康狀態(tài)。然而,對于某些復(fù)雜的疾病,常規(guī)檢測方法可能無法提供足夠的信息,需要更先進(jìn)的技術(shù)來輔助。以新生兒篩查為例,代謝組學(xué)技術(shù)能在幾分鐘內(nèi)快速識別 40 多種遺傳代謝病的生物標(biāo)志物。
那么,什么是代謝組學(xué)呢?代謝組學(xué)是通過質(zhì)譜等高通量技術(shù)手段,研究和發(fā)現(xiàn)特定生理時期內(nèi)生物體的所有低分子量的物質(zhì),并進(jìn)行定性和定量分析,探索代謝物變化與生物過程之間的有機聯(lián)系。簡單來說,代謝組學(xué)就是研究生物體內(nèi)所有小分子代謝物的科學(xué)。
癌細(xì)胞為了滿足自身快速增殖的能量需求,通常會加速和增加生物能量代謝途徑,包括通過糖酵解提高葡萄糖攝取以及引起三羧酸循環(huán)的變化。想象一下,借助代謝組學(xué)技術(shù),我們有望在癌癥早期進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和干預(yù),避免病情發(fā)展到晚期擴散才進(jìn)行治療。這種早期診斷和干預(yù)策略,能夠顯著提升治療效果,改善患者的生存質(zhì)量。
圖 2. 葡萄糖、乳酸和三羧酸循環(huán)對抗腫瘤免疫的影響
質(zhì)譜檢測在代謝組學(xué)領(lǐng)域面臨哪些挑戰(zhàn)?
如何應(yīng)對?
代謝組學(xué)領(lǐng)域的研究在檢測環(huán)節(jié)面臨很多挑戰(zhàn),厲良教授介紹到,代謝物常用質(zhì)譜進(jìn)行檢測,但檢測方法還有幾個層面亟待提升。邁理奧正在通過顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)克服常規(guī)代謝組學(xué)方法的瓶頸,從而提升檢測的準(zhǔn)確性和效率。
01 代謝物的檢測覆蓋率:
很多代謝物電離效率不高或難以在色譜柱上保留,導(dǎo)致質(zhì)譜不容易捕捉到這些物質(zhì)。
針對這一問題,邁理奧巧妙運用了化學(xué)衍生化的方法,使代謝物擁有疏水基團(tuán)和叔胺結(jié)構(gòu),顯著提高其色譜柱的保留性能和離子化效果,結(jié)合安捷倫高分辨質(zhì)譜儀器,提升代謝物檢測靈敏度 10-1000 倍,可檢測8000-13000 個色譜峰對,極大地提升了代謝物的檢測效率。使得更多的代謝物能夠被準(zhǔn)確、全面地檢測到。
02 代謝物的定量分析:
代謝物的準(zhǔn)確定量應(yīng)使用其對應(yīng)的同位素內(nèi)標(biāo)矯正,但并不是所有代謝物均有同位素內(nèi)標(biāo),或即使有,價格往往非常昂貴。
針對這一難題,邁理奧采用同位素雙標(biāo)記的方法,為每種代謝物生成一一對應(yīng)的同位素內(nèi)標(biāo),進(jìn)行精確的定量分析。代謝組學(xué)研究中很多時候不需要絕對定量檢測,僅需要通過相對定量檢測確定代謝物的變化趨勢,即可為進(jìn)一步研究和轉(zhuǎn)化提供重要參考。
03 代謝物的鑒定:
質(zhì)譜靈敏度較高,因此會檢測到很多離子信號,但是如何鑒定其為具體的某種代謝物,這方面能力仍然需要提升。
為了得到更準(zhǔn)確的代謝物鑒定結(jié)果,邁理奧建立了專業(yè)的三層級代謝物鑒定數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了1400+個代謝物的精準(zhǔn)鑒定和7000+個代謝物的可靠推定。為了進(jìn)一步提高代謝物的鑒定能力,邁理奧正在構(gòu)建基于 AI 的規(guī)模更大、更專業(yè)化的數(shù)據(jù)庫,此舉旨在提高鑒定精度,確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性,從而為科學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供更加可靠的支持。
圖 3. 邁理奧技術(shù)人員進(jìn)行代謝組學(xué)實驗
在代謝組學(xué)研究領(lǐng)域,
質(zhì)譜儀需要滿足哪些要求?
在代謝組學(xué)研究領(lǐng)域中,質(zhì)譜儀發(fā)揮著非常重要的作用,因此厲良教授認(rèn)為,質(zhì)譜儀需要盡量滿足以下要求:
1
靈敏度,確保能夠檢測出樣本中濃度很低的化合物,使多種代謝物的峰強度和面積都能得到很好的體現(xiàn);
2
分辨率,確保能夠區(qū)分并準(zhǔn)確識別具有接近質(zhì)量數(shù)的多種代謝物;
3
穩(wěn)定性,確保從樣品前處理、液相分離、到質(zhì)譜檢測等各個環(huán)節(jié)都保證較高的穩(wěn)定性,從而確保大隊列和長時間的檢測項目都能保證檢測輸出的一致性;
4
數(shù)據(jù)處理能力,確保有軟件能便捷地把各種峰型的結(jié)果進(jìn)行分析匯總。
圖 4. 安捷倫儀器
安捷倫的高端質(zhì)譜儀器,在靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理方面都可以滿足需求,而且在性價比方面也占有一定優(yōu)勢,方便將來向更多的實驗室推廣整套技術(shù)和解決方案。
圖 5. 安捷倫軟件界面
代謝組學(xué)的臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用前景?
在基因組-轉(zhuǎn)錄組-蛋白質(zhì)組-代謝組的系統(tǒng)生物學(xué)框架內(nèi),代謝組學(xué)處于最下游,最接近生物表型,比其他組學(xué)更具時間敏感性,因此可以更容易直接與表型建立關(guān)系。通俗點講,就是我們的基因可能不會經(jīng)常變化,但是代謝物卻在一直變化,觀察整個代謝組的變化,可以評估人體的健康或疾病狀態(tài),例如最常見的就是糖檢測和診斷糖尿病之間的聯(lián)系。
圖 6. 系統(tǒng)生物學(xué)與人體表型之間的聯(lián)系
目前,代謝組學(xué)在臨床領(lǐng)域的應(yīng)用主要有三個方面:
1
疾病生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn):代謝組學(xué)可以幫助識別與特定疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物,這些標(biāo)志物可用于疾病的早期診斷、疾病的分型或預(yù)后評估。這對于提高疾病的檢測精度和患者管理具有重要意義。
2
藥物代謝與反應(yīng)監(jiān)測:在藥物開發(fā)的臨床試驗階段(包括一期、二期和三期),代謝組學(xué)通過分析代謝組的變化,幫助明確藥物的作用機制。此外,它還可以用于評估不同人群對治療的響應(yīng)水平,支持精準(zhǔn)醫(yī)療的實施。
3
疾病預(yù)防和健康管理:通過觀察多種代謝物(如指紋圖譜)的變化,代謝組學(xué)可以評估個體的整體健康狀況,并預(yù)測潛在的疾病風(fēng)險。這為早期干預(yù)提供了依據(jù),有助于預(yù)防疾病的發(fā)生。
邁理奧是誰?
作為開拓代謝組學(xué)新科技的先鋒,邁理奧在首席科學(xué)家厲良教授的全程指導(dǎo)下,組建了以歸國博士趙爽為核心的專業(yè)團(tuán)隊,創(chuàng)建了 DeepMarker MT 代謝組學(xué)平臺和 DeepMarker LT 脂質(zhì)組學(xué)平臺,專注于全方位、個性化、一站式的科研服務(wù)和創(chuàng)新醫(yī)療診斷技術(shù)的開發(fā),推動生物標(biāo)志物探索、健康檢測等生命科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新與變革。
顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新突破了常規(guī)方法的瓶頸,已應(yīng)用于數(shù)百項研究,涉及疾病診斷、健康監(jiān)測、藥物研發(fā)、中醫(yī)藥研究、食品農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域,助力高水平的科學(xué)研究以及高效的臨床轉(zhuǎn)化,成果顯著,如阿爾茨海默癥(加拿大腦計劃)生物標(biāo)志物的探索、烏帕替尼(艾伯維)的新適應(yīng)癥療效評估、食品發(fā)酵過程監(jiān)測等,體現(xiàn)了更高靈敏度、高覆蓋率、高精準(zhǔn)定量、高穩(wěn)定性的全方位、多層面的領(lǐng)先優(yōu)勢。
結(jié)語
代謝組學(xué)作為后基因組時代發(fā)展最快、熱門、極具潛力的組學(xué)新興學(xué)科,廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)各領(lǐng)域,為發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物、探尋疾病機制等提供了強大的技術(shù)平臺。感謝邁理奧一直走在突破代謝組學(xué)技術(shù)瓶頸、助力千億級疾病早篩市場的道路上。安捷倫也將繼續(xù)與邁理奧及各位行業(yè)合作伙伴通力協(xié)作,通過提供尖端、穩(wěn)定、高性能的產(chǎn)品平臺,以及專業(yè)的服務(wù)和支持,助力更多本土企業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新和發(fā)展。