代謝組位于基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和蛋白質(zhì)作用網(wǎng)絡(luò)的下游，提供生物學(xué)的終端信息。那么代謝組學(xué)提供終端信息的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是怎樣的呢？

代謝組學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要包括生物樣品制備、代謝物分離、檢測(cè)和鑒定、數(shù)據(jù)分析和生物學(xué)解釋。

生物樣品制備

代謝物主要通過(guò)體液排泄，因此各種易得的生物體液是代謝組學(xué)研究的主要樣本。同時(shí)，各種復(fù)雜的生物組織和細(xì)胞樣本，如臨床或動(dòng)植物實(shí)驗(yàn)中獲得的病理組織或動(dòng)植物組織等，也是代謝組樣本。

由于身體的所有組織和器官都參與代謝過(guò)程，每個(gè)細(xì)胞都有其代謝產(chǎn)物的釋放，周?chē)沫h(huán)境可以改變細(xì)胞的功能。因此，代謝譜易受多種因素影響，代謝組學(xué)研究的樣本采集需要嚴(yán)格控制。采集樣本時(shí)，需要考慮采集時(shí)間、樣本保存條件和保存時(shí)間等的平行性。特別是臨床生物樣本不易控制，需要考慮年齡、性別、年齡等的匹配。受測(cè)患者與健康對(duì)照人群的飲食、作息習(xí)慣、體重、用藥等因素之間的差異。這些因素的變化會(huì)導(dǎo)致代謝譜的變化，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

與基因和蛋白質(zhì)相比，代謝物處于生命活動(dòng)的下游，動(dòng)態(tài)波動(dòng)較大。因此，需要更多的生物學(xué)重復(fù)來(lái)提高數(shù)據(jù)的可靠性和可信度。

代謝組學(xué)研究的技術(shù)手段

根據(jù)不同的樣品性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒋x物的理化性質(zhì)，選擇不同的分析鑒定技術(shù)。目前，常用的鑒定技術(shù)是色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)和核磁共振（NMR）技術(shù)。

色譜-質(zhì)譜技術(shù)：利用色譜分離和質(zhì)譜鑒定，可以對(duì)代謝物進(jìn)行快速定性分析和準(zhǔn)確定量。同時(shí)，由于質(zhì)譜的靈敏度高，可以檢測(cè)到更多的低水平代謝物。

色譜-質(zhì)譜法包括液相色譜-質(zhì)譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC/MS)

LC/MS是一種分辨率較高的分離分析技術(shù)。具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、無(wú)需衍生化等優(yōu)點(diǎn)。因此，它已成為代謝組學(xué)研究中常用的技術(shù)。 LC/MS的主要分析范圍包括非揮發(fā)性化合物的分析與測(cè)定、極性化合物的分析與測(cè)定以及熱不穩(wěn)定化合物的分析與測(cè)定。 1000Da以內(nèi)的大分子量化合物的分析測(cè)定，包括蛋白質(zhì)、肽、聚合物等。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)

GC/MS是一種質(zhì)譜技術(shù)，主要用于揮發(fā)性物質(zhì)的分離和鑒定。擁有較為完善的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）數(shù)據(jù)庫(kù)。它在代謝物鑒定方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，是植物代謝組學(xué)研究中常用的分析技術(shù)。

在動(dòng)物代謝組學(xué)方面，由于動(dòng)物的內(nèi)源代謝物大多是非揮發(fā)性的，分析樣品需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)衍生化處理才能實(shí)現(xiàn)分析，這限制了GC/MS的應(yīng)用。然而，隨著衍生化試劑和方法的創(chuàng)新，GC/MS開(kāi)始逐漸應(yīng)用于動(dòng)物代謝組學(xué)。與LC/MS相比，GC/MS檢測(cè)到的化合物主要是低極性、分子量相對(duì)較小（<300 Da）的代謝物。

核磁共振(NMR)

核磁共振（NMR）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣品中代謝物無(wú)偏差，并且所有化合物的靈敏度相同；對(duì)樣品無(wú)損傷，不會(huì)破壞生物樣品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理，可以在接近的生理?xiàng)l件下對(duì)生物樣品進(jìn)行測(cè)試；并且可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

但NMR也有明顯的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其靈敏度比質(zhì)譜低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，難以檢測(cè)豐度低的代謝物；對(duì)于可檢測(cè)到但含量較低的代謝物，信號(hào)較弱。同一種代謝物會(huì)產(chǎn)生多種信號(hào)，有些信號(hào)是不同代謝物信息疊加的結(jié)果。 NMR 可以提供結(jié)構(gòu)片段的信息，但通常很難將這些片段分配給代謝物。

概括

不同的代謝組鑒定技術(shù)具有不同的特點(diǎn)。 GC/MS 擅長(zhǎng)分析和鑒定揮發(fā)性和低極性代謝物，但不適合非揮發(fā)性代謝物。 LC/MS擅長(zhǎng)分析鑒定1000Da以內(nèi)的大分子量化合物、非揮發(fā)性化合物、極性化合物、熱不穩(wěn)定化合物。NMR檢測(cè)代謝物無(wú)偏差、無(wú)損傷、前處理簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)具有動(dòng)態(tài)檢測(cè)特性，但檢測(cè)靈敏度較低。因此，應(yīng)根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)和目的，進(jìn)行更全面的代謝組分析和鑒定，靈活組合一種或多種代謝組鑒定技術(shù)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。