核磁共振技术的代谢组学研究进展ppt课件
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代谢组学的研究方法和研究流程-PPT
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• 优点：能够对样品实现非破坏性、非选择 性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩 尔范围定量有机化合物的技术。
• 缺点：灵敏度相对较低, 不适合分析低浓 度代谢物。
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代谢组学的研究流程
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代谢组学研究流程
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代谢组学各分析流程技术
样品的提取
自动进样 样品预处理
化合物的分离
检测及鉴定
数据分析与可 视化，建模与 仿真
固相微萃取 固相萃取 亲和色谱
气相色谱 液相色谱 毛细管电泳
光谱 质谱 核磁共振 电化学
生物信息学 化学信息学 化学计量学 计算生物学
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2024/1/3
代谢组学的研究流程
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结束
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代谢组学的研究方法
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代谢产物分析4个层次
• 代谢物靶标分析。对个别特定组分分析。 • 代谢轮廓分析。对预设组分的分析。 • 代谢组学。特定样品中所有代谢物分析。 • 代谢指纹分析。比较代谢物指纹图谱。
2024/1/3
真正意义的代谢组学研究。 预处理和检测技术需满足高 灵敏度、高选择性和高通量 的要求。需要对获得的数据 进行解析。
Mass Selective Detector
MS
Mass Spectrometer
A B C D
Identification
• 优点：集色谱法的高分离能力和质谱法的结构鉴
定能力于一体 ， 灵敏度高，可检测到大量低含量 的小分子代谢产物。
• 缺点：无法分析热不稳定性的物质和分子量较大
的代谢产物。
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代谢组学ppt课件
簇类分析(Hierarchical Cluster Analysis ,HCA) 簇类的独立软模式分类法(Soft In- dependent Modeling of Class Analogy， SIMCA)、PLS-DA (PLSDiscriminant Analysis) 、人工神经网络 (Artificial Neural Network，ANN) 等
4
2 代谢组学的概念
在新陈代谢的动态进程中,系统地研究代 谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学。
5
Metabonomics ---英 Jeremy K.Nicholson 20世纪
90年代
生命体系对病理生理刺激或遗传改造所产生的 动态,多指标代谢响应的定量测定.
Metabolomics ---Oliver Fiehn需要,可将 组织行甲醇除蛋白、庚烷除脂肪及冻干等处 理),加至质谱仪,经历汽化,离子化、加速分离 及检测分析后即可得出相应代谢产物或是代谢 组的图谱。图谱中每个峰值对应着相应的分子 量,结合进一步的检测分析可以部分鉴定出化 学成分以及半定量关系。
34
(3)常用的其他一些分析技术
代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学 技术的核心部分,最常用的方法是有两种
NMR 质谱(MS)
28
(1)核磁共振技术
原理
核磁共振技术核磁共振是原子核的磁矩在恒定 磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时 所发生的共振吸收现，是一种利用原子核在磁 场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生 命科学领域中常用的有三种
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
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2 代谢组学的概念
在新陈代谢的动态进程中,系统地研究代 谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学。
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Metabonomics ---英 Jeremy K.Nicholson 20世纪
90年代
生命体系对病理生理刺激或遗传改造所产生的 动态,多指标代谢响应的定量测定.
Metabolomics ---Oliver Fiehn需要,可将 组织行甲醇除蛋白、庚烷除脂肪及冻干等处 理),加至质谱仪,经历汽化,离子化、加速分离 及检测分析后即可得出相应代谢产物或是代谢 组的图谱。图谱中每个峰值对应着相应的分子 量,结合进一步的检测分析可以部分鉴定出化 学成分以及半定量关系。
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(3)常用的其他一些分析技术
代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学 技术的核心部分,最常用的方法是有两种
NMR 质谱(MS)
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(1)核磁共振技术
原理
核磁共振技术核磁共振是原子核的磁矩在恒定 磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时 所发生的共振吸收现，是一种利用原子核在磁 场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生 命科学领域中常用的有三种
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
核磁共振实验技术 教学PPT课件
连续波永磁谱仪结构简单操作，但由于灵敏度太低，80年代已淘汰了。70年 代初发展了电磁体NMR谱仪使磁场强度一直加大，高时可达100兆，磁体重2.7吨 ，而且耗电量也很大。随着超导技术、电子技术和计算机技术的发展，脉冲傅里叶 变换高分辨超导NMR仪在近二十年来发展很快。场强由88年的600兆，94年的750 兆，98年的800兆至2000年10月900兆。现在已有1000兆高场谱仪上市。
Ʋ样品(600MHz) > Ʋ样品(400MHz), 分辨率 600MHz > V样品400MHz,
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谱仪的分辨率
仪器的兆周数
1500Hz / 300 MHz = 5ppm 2000Hz / 400 MHz = 5ppm 2500Hz / 500 MHz = 5ppm 3000Hz / 600 MHz = 5ppm
3
NMR技术的起源与发展
（三）、核磁谱仪的发展 1946-1952布洛赫便和珀塞尔一起研制出世界上第一台核磁共振谱仪。 1953年，第一台商品谱仪问世。美国Varian公司，30Hz,7000高斯，0.7特斯拉 1964年，美国Varian公司，超导磁场核磁谱仪，200MHz,4.74特斯拉。 1969年，美国Varian公司，第一台傅里叶变换核磁谱仪，100MHz,2.35特斯拉。 1977年，美国Damadian，第一台人体核磁共振断层成像仪（CT） 1979年，德国Bruker公司，第一台500MHz超导核磁谱仪。 2000年，美国Varian公司，第一台900MHz超导核磁谱仪。
Methodological
Methodological Instrumental/ Methodological Methodological
TROSY
Methodological
Ʋ样品(600MHz) > Ʋ样品(400MHz), 分辨率 600MHz > V样品400MHz,
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谱仪的分辨率
仪器的兆周数
1500Hz / 300 MHz = 5ppm 2000Hz / 400 MHz = 5ppm 2500Hz / 500 MHz = 5ppm 3000Hz / 600 MHz = 5ppm
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NMR技术的起源与发展
（三）、核磁谱仪的发展 1946-1952布洛赫便和珀塞尔一起研制出世界上第一台核磁共振谱仪。 1953年，第一台商品谱仪问世。美国Varian公司，30Hz,7000高斯，0.7特斯拉 1964年，美国Varian公司，超导磁场核磁谱仪，200MHz,4.74特斯拉。 1969年，美国Varian公司，第一台傅里叶变换核磁谱仪，100MHz,2.35特斯拉。 1977年，美国Damadian，第一台人体核磁共振断层成像仪（CT） 1979年，德国Bruker公司，第一台500MHz超导核磁谱仪。 2000年，美国Varian公司，第一台900MHz超导核磁谱仪。
Methodological
Methodological Instrumental/ Methodological Methodological
TROSY
Methodological
基于核磁共振的代谢组学研究进展
2、最新技术
随着技术的不断发展，代谢组学研究也涌现出一些新的技术手段。例如，基于 质子核磁共振（NMR）和离子迁移谱（IMS）的技术，可以在不需要样品预处 理的情况下，直接对生物体液进行检测。此外，基于人工智能的数据处理技术， 可以帮助研究人员更有效地分析复杂的代谢数据，提高研究的精度和效率。
三、代谢组学在临床实践中的应 用
3、生物医学研究：在生物医学研究中，核磁共振代谢组学可用于研究生物体 的生理和病理过程，以及评估各种治疗方法的效果。
三、结论
核磁共振代谢组学数据处理新方法的应用广泛且潜力巨大。通过改进数据处理 方法，我们可以更准确地解析复杂的核磁共振数据，从而更好地理解生物体的 代谢过程和变化。这不仅有助于疾病的早期诊断和药物研发，也有助于我们更 深入地理解生物医学的复杂过程。然而，这项技术仍然需要进一步的研究和改 进，以便更好地服务于医学和生物科学领域。
3、NMR数据分析方法：对NMR谱图进行定性和定量分析是代谢组学研究的重点。 定性分析主要用于确定代谢物的种类和结构，而定量分析则用于测定代谢物的 相对丰度。常用的NMR数据分析方法包括谱图解析、峰面积法、多变量统计分 析等。
虽然NMR技术在代谢组学研究中具有广泛的应用，但也存在一些局限性。首先， NMR技术对样品的纯度和浓度要求较高，对于某些复杂样品的分析存在一定的 困难。其次，NMR技术需要较高的实验设备和操作技巧，这也限制了其在某些 领域的应用。此外，NMR技术对于快速分析和大规模筛查具有一定的局限性。 因此，代谢组学研究在应用NMR技术时，需要充分考虑到其优缺点，选择合适 的分析方法和技术路线。
一、代谢组学概述
代谢组学是一门研究生物体内代谢物变化的科学，它的是生物体受到外部刺激 或遗传修饰后，体内发生的系列代谢反应。通过对这些反应的深入研究，我们 可以更深入地了解生物体的生理状态，疾病发生发展过程以及药物的作用机制。
基于核磁共振的代谢组学
基于核磁共振的代谢组学是一门新兴的科学技术，是将核磁共振技术应用于代谢组学研究中的一种方法。
代谢组学研究是对生物体内代谢物组成和代谢过程进行定量、定性分析，以揭示生命体内代谢网络的调控机制。
核磁共振技术则是一种非常先进的物理手段，能够对物质的结构、分布以及化学反应过程进行精准的探测，因此将这两种技术结合在一起应用于代谢组学研究中，具有极为广泛的应用前景和研究价值。
传统的代谢组学研究主要是运用质谱技术进行分析，然而核磁共振技术作为一种优秀的谱学技术，已经显示出了在代谢组学领域中具有重要的作用。
与质谱技术相比，核磁共振技术的分辨率更高，对样品不会造成破坏，有助于提高代谢产物的检测精度，并能发现样品中未知代谢产物，这些特点是质谱技术所无法匹配的。
因此，在群体代谢组学研究中，逐渐发展了技术。
技术的核心是利用核磁共振成像技术，结合代谢组学技术对生物体内代谢产物组成及其在代谢网络中的相互关系进行研究和分析。
在这个过程中，因为我们的身体内的代谢产物无处不存，因此采集样品也非常方便。
通过对生物样品进行核磁共振波谱分析，可以得到代谢产物的浓度，从而进一步分析代谢物在代谢通路中的作用，预测生物体代谢服务的功能和进程。
技术已经广泛应用于许多生物医学研究领域。
还包括许多新药研发领域，因为这种技术能够提供一系列与药物代谢有关的定量数据，通过这些数据可以帮助改善药物治疗的效果，同时也有助于开发出新的药物。
目前，我们对复杂的代谢物组成和代谢通路的理解还很有限。
技术的应用将有助于揭示生物体内庞杂的代谢系统的复杂性，进一步深入探索代谢的机理，有助于更好地理解复杂的生命系统。
基于核磁共振的代谢组学研究进展
基于核磁共振的代谢组学研究进展基于核磁共振的代谢组学是一种研究生物样本中代谢产物（代谢物）的方法。
随着技术的发展和应用的广泛性，这个领域取得了巨大的进展。
本文将回顾一下基于核磁共振的代谢组学研究的最新进展，并讨论其在生命科学中的应用。
核磁共振波谱学（NMR）是一种非破坏性的技术，可以分析各种生物样本中的化学组分。
在代谢组学研究中，NMR技术被广泛应用于代谢产物的定性和定量分析。
核磁共振波谱仪可以通过测量核磁共振信号来确定样本中每个原子的位置和类型，从而分析样本中化合物的结构和组成。
近年来，核磁共振代谢组学在疾病诊断和药物评价方面取得了重要的突破。
例如，在癌症的研究中，核磁共振代谢组学被广泛应用于癌症早期诊断和预测治疗效果。
通过分析生物样本中的代谢物谱图，可以识别癌症相关的代谢物标志物，从而为癌症的早期筛查和治疗提供重要的参考。
此外，核磁共振代谢组学还可以用于评估药物在机体内的代谢和代谢产物的分解情况，从而指导药物治疗的个体化。
除了癌症研究，核磁共振代谢组学还在其他领域取得了重要进展。
例如，在食物科学中，核磁共振代谢组学可以用于分析食物中的营养成分和添加剂，并评估其对人体的影响。
此外，核磁共振代谢组学还可以用于研究植物的代谢途径和代谢物在生长和逆境应对中的作用，从而为植物育种和农业生产提供支持。
尽管核磁共振代谢组学在生命科学中取得了重要进展，但仍面临一些挑战。
首先，核磁共振技术的仪器设备和操作成本较高，限制了其在大规模样本分析中的应用。
其次，核磁共振技术对样本的要求较高，需要高纯度和高溶解度的样品。
此外，核磁共振波谱解析的复杂性也限制了该技术的广泛应用。
为了克服这些挑战，研究人员正在努力开发新的核磁共振技术和分析方法。
例如，高分辨率核磁共振技术和多维核磁共振技术可以提高核磁共振波谱的分辨率和信噪比，从而提高代谢物的检测能力。
此外，研究人员还通过结合其他分析技术（如质谱分析）和计算模型来进行综合分析，以提高代谢组学研究的准确性和可操作性。
《代谢组学介绍》课件
代谢组学的研究内容
代谢产物的检测与
鉴定
通过高通量检测技术，对生物体 内的代谢产物进行定性和定量分 析，了解代谢产物的种类和含量 。
代谢产物的变化规
律
研究生物体在生理、病理或环境 因素刺激下，代谢产物的变化规 律及其与生物功能的关系。
代谢调控机制
探讨代谢产物的合成、分解、转 化等过程，揭示代谢调控的机制 和规律。
跨学科融合
代谢组学与生物信息学、人工智能等领域的交叉融合，将有助于从海量数据中挖掘出更 具有预测性和指ห้องสมุดไป่ตู้意义的生物标志物。
应用领域拓展
代谢组学在药物研发、毒理学、营养学等领域的应用将不断拓展，为相关领域的研究提 供新的思路和方法。
未来代谢组学的研究方向
提高检测灵敏度和特异性
进一步改进和完善代谢组学技术，提高检测灵敏度和特异性，是未 来研究的重要方向之一。
代谢组学研究的新方法与新技术
代谢组学研究的新方法
随着技术的不断发展，代谢组学研究的方法也在不断更新。近年来，新的研究方法如基于质谱的代谢组学、核磁 共振代谢组学和代谢组学数据分析方法等得到了广泛应用。这些新方法提高了代谢组学研究的灵敏度、特异性和 可重复性，为代谢组学研究提供了更可靠的工具。
代谢组学研究的新技术
代谢组学在个体化医疗和精准医学方 面具有广阔的应用前景。通过对个体 代谢产物的差异进行分析，可以为个 体化医疗和精准医学提供更准确的诊 断和治疗方案。
代谢组学与其他领域的交叉研究
营养学与代谢组学
营养学与代谢组学的交叉研究对于了解营养物质在生物体内的代谢过程和作用机制具有重要意义。通 过代谢组学的研究，可以深入了解不同营养物质对生物体代谢的影响，为营养学提供更科学的基础。
代谢组学医学课件
发展和转移的关系。
通过代谢组学的研究，可以发现癌症的早期预警标志物、疗效评估指标 以及潜在的治疗靶点，为癌症的诊断和治疗提供新的思路和方法。
糖尿病代谢组学研究
糖尿病代谢组学研究主要关注糖代谢、脂肪代谢、蛋 白质代谢、维生素和矿物质代谢等方面的变化，以及 这些变化与糖尿病并发症的关系。
单击此处添加正文，文字是您思想的提一一二三四五 六七八九一二三四五六七八九一二三四五六七八九文 ，单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最 终呈现发布的良好效果单击此4*25}
代谢组学实验设计原则
01
02
03
04
样本代表性
选择的生物样本应具有代表性 ，能够反映整体群体的代谢特
征。
实验可重复性
实验设计应确保可重复性，以 便验证结果的可靠性和稳定性
。
控制无关变量
应控制实验中的无关变量，以 减小其对实验结果的影响。
对照设置
合理设置对照组，以便更好地 比较不同组之间的代谢差异。
质谱技术（MS）
通过测量代谢产物的质量，来确定其成分和结构，具有高灵敏度和高 分辨率的特点。
气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）
结合了气相色谱的分离能力和质谱的鉴定能力，适用于复杂生物样本 中代谢产物的分析。
高效液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）
适用于分析热不稳定、极性或大分子量代谢产物，具有高分离效能和 鉴定能力。
THANKS
谢谢您的观看
探索代谢组学与其他组学的整合分析方法
代谢组学研究需要与其他组学研 究相结合，以更全面地了解生物
系统的复杂性和动态性。
探索代谢组学与基因组学、转录 组学、蛋白质组学等其他组学的 整合分析方法，建立多组学数据
分析平台。
通过代谢组学的研究，可以发现癌症的早期预警标志物、疗效评估指标 以及潜在的治疗靶点，为癌症的诊断和治疗提供新的思路和方法。
糖尿病代谢组学研究
糖尿病代谢组学研究主要关注糖代谢、脂肪代谢、蛋 白质代谢、维生素和矿物质代谢等方面的变化，以及 这些变化与糖尿病并发症的关系。
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代谢组学实验设计原则
01
02
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04
样本代表性
选择的生物样本应具有代表性 ，能够反映整体群体的代谢特
征。
实验可重复性
实验设计应确保可重复性，以 便验证结果的可靠性和稳定性
。
控制无关变量
应控制实验中的无关变量，以 减小其对实验结果的影响。
对照设置
合理设置对照组，以便更好地 比较不同组之间的代谢差异。
质谱技术（MS）
通过测量代谢产物的质量，来确定其成分和结构，具有高灵敏度和高 分辨率的特点。
气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）
结合了气相色谱的分离能力和质谱的鉴定能力，适用于复杂生物样本 中代谢产物的分析。
高效液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）
适用于分析热不稳定、极性或大分子量代谢产物，具有高分离效能和 鉴定能力。
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探索代谢组学与其他组学的整合分析方法
代谢组学研究需要与其他组学研 究相结合，以更全面地了解生物
系统的复杂性和动态性。
探索代谢组学与基因组学、转录 组学、蛋白质组学等其他组学的 整合分析方法，建立多组学数据
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Oliver: Definition of Metabolome 1997
Horming, et al.: Metabolic profiles of metabolites in human
Sadler, Buckingham and Nicholson: First publication on 1H-NMR of blood and plasma
statistics in Metabonomics
2002
Nicholson: Definition of 1999 Metabonomics
Nicholson, Lindon, and Holmes: 2001 Publication in Nature on
Metabonomics
2004
Increasing # of publications
核磁共振
核磁共振波谱
(NMR, Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)
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磁共振成像
(NMRI, Nuclear Magnetic Resonance Imaging)
磁共振定域谱
(MRS, Magnetic Resonance Spectroscopy)
对生物系统因病理生理或基因改变等刺激所致动态 多参数代谢应答的定量测定。
J. K. Nicholson, J. C. Lindon, E. Holmes. Xenobiotica, 1999, 29: 1181-89.
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二、代谢组学概述
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代谢组学的定义
Jeremy K Nicholson
Imperial College London，UK
Nicholson and Wilson: NMR spectroscopy of biofluids
Haselden, et al.: First independent
Pharma
publication
of 2000
Metabonomics
Holmes and Antti : Explanation of
Oliver Fiehn University of California Health Sciences Drive Davis, USA
技术：GC-MS 植物代谢分析： 细胞
Metabolomics: comprehensive analysis of all the metabolites of an organism. The quantitative measurement of all low molecular weight metabolites in an organism’s cells at a specific time under specific environmental conditions.
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基于核磁共振技术 的代谢组学研究进展
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技术：NMR 动物代谢分析： 动物的体液和组织
Metabonomics: the quantitative measurement of the multi-parametric metabolic response of living systems to pathophysiological stimuli or genetic modifications
代谢组学的发展
1970
Van De Greef: publication of MS for
urine profiling
1982
ห้องสมุดไป่ตู้
Nicholson, et al.: Multi-component analysis of spectra data from rat 1984 urine
1983
1989
1. 生命科学领域的核磁共振技术 2. 代谢组学概述 3. 基于核磁共振的代谢组学研究进展
常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
一、生命科学领域的核磁共振
生物体所有代谢物的系统分析。本质是“给定细胞在 给定时间和条件下所有小分子代谢物的定量分析”。
O. Fiehn. Plant Mol. Biol., 2002, 48: 155–171.
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