Metabolomics 精髓：对一个生物系统在给定 时间和给定条件下所有小分子代谢物质的定量分 析。
着重研究单个细胞或细胞类型中所有的小分 子成分和波动规律, 细胞代谢组学。多用于植 物和微生物系统。 Metabonomics：定量描述生物内源性代谢物质 的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学 Metabolomics是Metabonomics的一个组成部分
蛋白组学：研究由生物系统表达的蛋白质及由 外部刺激引起的差异 。
代谢组学：研究生物体系（细胞，组织或生物 体）受外部刺激所产生的所有代谢产物的变化， 是结构基因组学和蛋白组学的延伸 。
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测序技术的进步，大规模基因组测序成为可能 genomics
表达序列标签EST、微阵列、基因表达连续分析 SAGE，转录组学transcriptomics
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代谢组学的发展
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代谢产物的分析层次
Oliver Fiehn 将对生物体系的代谢产物分析分为4个层次：
• 1）代谢物靶标分析（Metabolite target analysis）： 某个或某几个特定组分的分析；
• 2）代谢轮廓分析（Metabolic profiling）：少数预设的 一些代谢产物的定量分析，如某一类结构、性质相关的化 合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标 志性组分；
生 物 体 系 中 所 有 蛋 白 及 其 功 能 的 蛋 白 组 学 proteomics
研究代谢产物的变化和代谢途径的代谢组学 metabolomics
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基因组学、转录组学和蛋白组学的局限性：
–基因组学、转录组学和蛋白组学中DNA、mRNA 以及蛋白质的识别是通过已知数据库进行序列 比对完成，间接的识别和对比过程。
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代谢组学的发展
• 最早起源于代谢轮廓分析（Metabolic profiling）。 Baylor药学院早在二十世纪七十年代，提出并发表了代谢 轮廓分析的理论。
• 1975年，Thompson 和Markey利用气相色谱和质谱在代谢 轮廓分析的定量方面取得了较大进展；二十世纪七十年代 末期这种方法得到了广泛认同；八十年代早期应用HPLC和 NMR来对代谢物进行分析。
Metabolomics
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目录 什么是代谢组学 ?
代谢组学主要研究技术 代谢组学应用
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- - - Gene mRNA Protein >> Metabolite
系 统 生 物 学
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什么是代谢组学
结构基因组学：研究生物系统的基因结构组成， 即DNA的序列及其表达 。
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代谢组学定义
代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）： 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）：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。
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代谢组学的提出 1999年 Jeremy K. Nicholson教授--代谢组学的先行者，
国际“代谢组学之父”. 生物系统对生理和病理刺激以及基因改变的代
谢应答的定量测定 代谢组学的概念 两个不同的英文表述：metabonomics和metabolomics
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• 1986年，Joumal of Chromatography A出版了一期关于 代谢轮廓分析的专辑。
• 随着基因组学的提出和迅速发展，Oliver于1997年提出了 代谢组学（metabolomics）的概念，之后很多植物化学家 开展了这方面的研究；
• 1999年Jeremy K. Nicholson提出metabonomics的概念
• 小分子的产生和代谢是以上系列事件的最终结果，它能够 更准确的反映生物体系的状态。
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代谢组metabolome：某一时刻细胞内所有代 谢物的集合
代谢组学--研究代谢组的一门学科，继基因 组学和蛋白质组学之后发展起来的一门学科， 系统生物学的重要组成部分。
基因与蛋白质的表达紧密相连； 代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又
代谢物数量因物种不同而差异较大：
植物（200 000种）、动物（2500种）、微生物 （1500种）
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代谢组包含系列不同化学型的分子
肽、碳水化合物、脂类、核酸以及异源物质 的催化产物等。
代谢组学研究目的
定量分析一个生物系统内所有代谢物的含量 指示细胞、组织或器官的生化状态 协助阐释新基因或未知功能基因的功能 揭示生物各代谢网络间的关联性 更系统地认识生物体
–缺乏某mRNA或蛋白质的数据信息时，以上各种 组学就只能为人们提供少量的信息。
–基因组学、转录组学或蛋白组学上的变化 与
基因变更时在生化层面的表现型改变 =？
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• 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；
– 基因组的变化不一定能够得到表达，从而并不一定对系统产生影 响；
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。
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代谢组学--专门研究生物体系受外部刺激后所产 生的所有代谢产物的变化，能够更准确地反映生 物体系的状态，且位于系统生物学的最下游，是 生物体系整体功能或状态最终结果的表现。
“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。”（Bill Lasley, UC Davis）
– 某些蛋白的结构、浓度会因故发生变化，但由于蛋白可能不具备 活性，从而也不对系统产生影响；
– 由于基因或蛋白的功能补偿作用，某个基因或蛋白的缺失会由于 其他基因或蛋白的存在而得到补偿，最后反应的净结果为零；
• 细胞内许多生命活动发生在代谢物层面，如细胞信号释放， 能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的；