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代謝組

luoyuanquan — Thu, 08 Jul 2021 08:58:29 +0000

代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新近發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科，是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分。基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分別從基因?qū)用婧偷鞍踪|(zhì)層面探尋生命的活動(dòng)，而實(shí)際上細(xì)胞內(nèi)許多生命活動(dòng)是與代謝物相關(guān)的，如細(xì)胞信號(hào)、能量傳遞等都是受代謝物調(diào)控的。代謝組學(xué)正是研究在某一時(shí)刻細(xì)胞內(nèi)所有代謝物的集合的一門學(xué)科?；蚺c蛋白質(zhì)的表達(dá)緊密相連，而代謝物則更多地反映了細(xì)胞所處的環(huán)境，這與細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、藥物和環(huán)境污染物的作用，以及其它外界因素的影響密切相關(guān)。因此有人認(rèn)為，基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)能夠說(shuō)明可能發(fā)生的事件，而代謝組學(xué)則反映確實(shí)已經(jīng)發(fā)生了的事情。
從眾多的代謝產(chǎn)物中選取研究對(duì)象，無(wú)疑是大海撈針。代謝組學(xué)研究通過(guò)一定的手段能夠幫助研究員從代謝產(chǎn)物海中跳出來(lái)，提供一個(gè)“航拍”的視角，一目了然地發(fā)現(xiàn)差異性代謝產(chǎn)物。然后通過(guò)已知的代謝通路逆推找出調(diào)節(jié)酶和基因，完成疾病發(fā)病機(jī)制、藥物治療機(jī)制等方面的研究。
研究平臺(tái)： 核磁共振技術(shù) NMR（Nuclear Magnrtic Resonce）可對(duì)340余種水溶性代謝物小分子開展絕對(duì)定性定量檢測(cè)分析。 氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù) GC-MS（Gas Chromatography and Mass Spectrometry）可對(duì)37種常見脂肪酸的絕對(duì)定性定量檢測(cè)非靶向廣篩相對(duì)定性定量檢測(cè)。 液質(zhì)聯(lián)用技術(shù) LC-MS（Liquid Chromatography and Mass Spectrometry）可對(duì)植物激素的絕對(duì)定性定量檢測(cè)，非靶向廣篩相對(duì)定性定量檢測(cè)。 技術(shù)路線： 結(jié)果展示：

樣本中代謝物的名稱及濃度

2 代謝通路分析圖

KEGG代謝通路圖

代謝組，首發(fā)于微基生物。

中長(zhǎng)鏈脂肪酸檢測(cè)

luoyuanquan — Fri, 02 Jul 2021 07:57:51 +0000

長(zhǎng)鏈脂肪酸

脂肪酸在生物中廣泛存在，是許多復(fù)雜脂質(zhì)（如甘油三酯、磷脂等）的重要成分，在細(xì)胞供氧充足的情況下，可被氧化分解為CO2和H2O，為機(jī)體提供大量的能量支持。脂肪酸在信號(hào)傳遞中亦有重要作用，含多不飽和脂肪酸的脂質(zhì)可在細(xì)胞結(jié)構(gòu)中起到“脂筏”角色，利于胞內(nèi)外物質(zhì)的傳遞。脂肪酸由碳、氫、氧三種元素組成，系中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。短鏈脂肪酸的碳鏈上的碳原子數(shù)小于6，系揮發(fā)性脂肪酸。中鏈脂肪酸的碳鏈上碳原子數(shù)為6-12的脂肪酸，主要是辛酸（C8）和癸酸（C10）。長(zhǎng)鏈脂肪酸的碳鏈上碳原子數(shù)大于12。脂肪酸碳?xì)滏溡欢藶榧谆?，一端為羧基端。通過(guò)檢測(cè)游離脂肪酸水平來(lái)反映機(jī)體的脂質(zhì)代謝、糖代謝及內(nèi)分泌功能狀態(tài)，對(duì)探索疾病的發(fā)病機(jī)理及防治有十分重要的意義。

應(yīng)用方向

1.病理機(jī)制研究，游離脂肪酸常用于評(píng)估某種狀態(tài)下脂肪酸的代謝水平，可應(yīng)用于代謝性疾病方向的病理機(jī)制研究。

2．脂類代謝紊亂相關(guān)疾病的輔助診斷，如阿茲海默癥、糖尿病、肥胖癥、癌癥、神經(jīng)退行性疾病等。

3，藥物研發(fā)與治療效果監(jiān)測(cè)。

樣本類型

糞便、血液、組織、細(xì)胞等

檢測(cè)平臺(tái)

儀器平臺(tái)： LC-MS

檢測(cè)種類

編號(hào)		英文名	中文名稱
1	C8:0	Methyl Caprylate	辛酸甲酯
2	C10:0	Methyl Caprate	癸酸甲酯
3	C11:0	Methyl Undecanoate	十一烷酸甲酯
4	C12:0	Methyl Laurate	十二烷酸甲酯
5	C13:0	Methyl Tridecanoate	十三烷酸甲酯
6	C14:0	Methyl Myristate	十四烷酸甲酯/肉豆蔻酸甲酯
7	C14:1	Methyl Myristoleate	十四碳烯酸甲酯(順-9)/肉豆蔻烯酸甲酯
8	C14:1T	MethylMyristelaidate	十四碳烯酸甲酯(反-9)/反式肉豆蔻烯酸甲酯
9	C15:0	Methyl Pentadecanoate	十五烷酸甲酯
10	C15:1	Methyl 10-Pentadecenoate	十五碳烯酸甲酯(順-10)
11	C15:1T	Methyl 10-Transpentadecenoate	十五碳烯酸甲酯(反-10)
12	C16:0	Methyl Palmitate	十六烷酸甲酯/棕櫚酸甲酯
13	C16:1	Methyl Palmitoleate	十六碳烯酸甲酯(順-9)/棕櫚油酸甲酯
14	C16:1T	Methyl Palmite-laidate	十六碳烯酸甲酯(反-9)/反棕櫚油酸甲酯
15	C17:0	Methyl Heptadecanoate	十七烷酸甲酯/珠光脂酸甲酯
16	C17:1	Methyl 10-Heptadecenoate	十七碳烯酸甲酯(順-10)
17	C17:1T	Methyl 10-Transheptadecenoate	十七碳烯酸甲酯(順-10)
18	C18:0	Methyl Stearate	十八烷酸甲酯/硬脂酸甲酯(
19	C18:1	Methyl Oleate	十八碳烯酸甲酯(順-9)/油酸甲酯
20	C18:1	Methyl Petroselinate	十八碳烯酸甲酯(順-6)/巖芹酸甲酯
21	C18:1T	Methyl Petroselaidate	十八碳烯酸甲酯(反-6)/反式巖芹酸甲酯
22	C18:1	Methyl Vaccenate	十八碳烯酸甲酯(順-11)/異油酸甲酯
23	C18:1T	Methyl Transvaccenate	十八碳烯酸甲酯(反-11)/反異油酸甲酯
24	C18:1T	Methyl Elaidate	十八碳烯酸甲酯(反-9)/反油酸甲酯
25	C18:2	Methyl Linoleate	十八碳二烯酸甲酯(順-9,12)/亞油酸甲酯
26	C18:2T	Methyl Linoelaidate	十八碳二烯酸甲酯(反-1,12)/反亞油酸甲酯
27	C19:1T	Methyl 10-Transnonadecenoate	十九碳烯酸甲酯(反-10)
28	C19:1T	Methyl 7-Transnonadecenoate	十九碳烯酸甲酯(反-7)
29	C20:0	Methyl Arachidate	二十烷酸甲酯/花生酸甲酯
30	C18:3	Methyl Gamma Linolenate	十八碳三烯酸甲酯(順-6,9,12)/γ-亞麻酸甲酯
31	C20:1	Methyl 11-Eicosenoate	二十碳烯酸甲酯(順-11)
32	C20:1T	Methyl Trans 11-Eicosenoate	二十碳烯酸甲酯(反-11)
33	C18:3	Methyl Alpha Linolenate	十八碳三烯酸甲酯(順-9,12,15)/α-亞麻酸甲酯
34	C21:0	Methyl Heneicosanoate	二十一烷酸甲酯
35	C20:2	Methyl 11-14 Eicosadienoate	二十碳二烯酸甲酯(順-11,14)
36	C22:0	Methyl Behenate	二十二烷酸甲酯/山俞酸甲酯
37	C20:3	Methyl Homogamma Linolenate	二十碳三烯酸甲酯(順-8,11,14)/HOMO-γ-亞麻酸甲酯
38	C22:1	Methyl Erucate	二十二碳烯酸甲酯(順-13)/芥酸甲酯(C22:1)
39	C22:1T	Methyl Brassidate	二十二碳烯酸甲酯(反-13)/巴惟酸甲酯
40	C20:3	Methyl 11-14-17 Eicosatrienoate	二十碳三烯酸甲酯(順-11,14,17)
41	C20:4	Methyl Arachidonate	二十碳四烯酸甲酯(順-5,8,11,14)/花生四烯酸甲酯
42	C23:0	Methyl Tricosanoate	二十三烷酸甲酯
43	C22:2	Methyl Docosadienoate	二十二碳二烯酸甲酯(順-13,16)
44	C20:5	Methyl Eicosapentaenoate	二十碳五烯酸甲酯(順-5,8,11,14,17)/EPA甲酯
45	C22:4	Methyl Docosatetraenoate	二十二碳四烯酸甲酯(順-7,10,13,16)
46	C22:5n-3	Methyl Docosapentaenoate	二十二碳五烯酸甲酯(順-7,10,13,16,19)/DPA甲酯
47	C22:5n-6	Methyl Docosapentaenoate	二十二碳五烯酸甲酯(順-7,10,13,16,19)/DPA甲酯
48	C24:0	Methyl Lignocerate	二十四烷酸甲酯/木蠟酸甲酯
49	C24:1	Methyl Nervonoate	二十四碳烯酸甲酯(順-15)/神經(jīng)酸甲酯
50	C22:6	Methyl Docosahexaenoate	二十二碳六烯酸甲酯(順-4,7,10,13,16,19)/DHA甲酯

文獻(xiàn)解讀

文章題目：Bacteria-derived long chain fatty acid exhibits antiin?ammatory properties in colitis細(xì)菌衍生的長(zhǎng)鏈脂肪酸顯示出抗炎特性

Gut（IF：19.819）

主要研究?jī)?nèi)容：細(xì)菌長(zhǎng)鏈脂肪酸(LCFA)在第三個(gè)碳，C18-3OH上羥基化，通過(guò)激活過(guò)氧化物酶體增殖因子激活受體(PPAR, h)進(jìn)入上皮細(xì)胞，可以減少小鼠結(jié)腸炎。證明了LCFA-3OH在腸道菌群對(duì)宿主影響中的意義。

1. Rondanelli M, Faliva MA, Perna S, et al. Using probiotics in clinical practice: where are we now? A review of existing meta-analyses. Gut Microbes 2017;8:521–43.

中長(zhǎng)鏈脂肪酸檢測(cè)，首發(fā)于微基生物。

TMAO檢測(cè)

luoyuanquan — Fri, 02 Jul 2021 07:50:19 +0000

氧化三甲胺及相關(guān)代謝物檢測(cè)

氧化三甲胺（TMAO）是一種腸源性菌群代謝物，是心血管疾病和其他慢性疾病的潛在風(fēng)險(xiǎn)因子。生物體內(nèi)的膽堿、左旋肉堿、甜菜堿等在腸道菌群的作用下轉(zhuǎn)化為三甲胺后在腸道中被有效吸收，經(jīng)三甲胺氧化酶的作用轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺，后經(jīng)腎臟代謝隨尿液排出。研究發(fā)現(xiàn)三甲胺N-氧化物（TMAO）可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病，與心血管事件風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。TMAO成為越來(lái)越多慢性疾病的危險(xiǎn)因素，包括腎臟疾病、肥胖、二型糖尿病和癌癥?？刹捎肔C-MS的方法檢測(cè)氧化三甲胺及相關(guān)代謝物的含量變化。

應(yīng)用方向

氧化三甲胺及相關(guān)代謝物含量的測(cè)定有助于心腦血管疾病、冠心病、糖尿病等多種疾病的診斷。

樣本類型

糞便、血液、組織、細(xì)胞等。

檢測(cè)平臺(tái)

儀器平臺(tái)：LC-MS

檢測(cè)種類

編號(hào)		英文名
1	氧化三甲胺	Trimetlylamine oxide
2	膽堿	Choline
3	甜菜堿	Betaine
4	肌酐	Creatinine
5	三甲胺	Trimethylamine
6	左旋肉堿	Carnitine

文獻(xiàn)解讀

文章題目：Gut microbial metabolite trimethylamine N-oxide aggravates GVHD by inducing M1 macrophage polarization in mice腸道微生物代謝物氧化三甲胺通過(guò)誘導(dǎo)小鼠M1巨噬細(xì)胞極化加重GVHD

Blood (IF: 16.562)

主要研究結(jié)果：腸道微生物代謝產(chǎn)物TMAO通過(guò)NLRP3依賴的機(jī)制誘導(dǎo)M1巨噬細(xì)胞的極化，進(jìn)而增強(qiáng)Th1和Th17的分化，加重了小鼠GVHD的嚴(yán)重程度和死亡率。文章揭示出宿主膽堿飲食、微生物代謝產(chǎn)物和GVHD之間的聯(lián)系，提示通過(guò)控制膽堿飲食或是減輕GVHD的有效策略。

Wu KP, et al. Gut microbial metabolite trimethylamine N-oxide aggravates GVHD by inducing M1 macrophage polarization in mice. Blood 2020, doi:10.1182/blood.2019003990

TMAO檢測(cè)，首發(fā)于微基生物。

非靶向代謝組

luoyuanquan — Thu, 21 May 2020 08:26:44 +0000

非靶向代謝組學(xué)是將生物體所有內(nèi)源性代謝物作為研究目標(biāo)（廣篩），重點(diǎn)在于比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)尋找其種具有顯著變化的代謝物質(zhì)（差異代謝物），并構(gòu)建代謝通路以解釋代謝物于該生命體的關(guān)聯(lián)

實(shí)驗(yàn)方法

結(jié)果展示

正離子模式下總離子流圖（TIC）

負(fù)離子模式下總離子流圖（TIC）

Annotation	RI	mz	rt	rtmins	KEGG	B10	B11
Pyruvic acid	1052.7	174.0932035	425.617	7.093616667	C00022	0.3565036	0.056507411
Lactic acid	1064.7	117.0999985	436.85	7.280833333	C00186	4.747036327	3.344078952
Glycolic acid	1078.8	177.1000061	449.6945	7.494908333	C00160	1.326885339	0.527382498
Alanine	1107.6	116.1432731	476.326	7.938766667	C00041	3.028170541	3.084627979
Oxalic acid	1136	190.1000061	502.318	8.371966667	C00209	0.194537206	0.091481498
Heptanoic acid	1177.8	144.1581335	539.863	8.997716667	C17714	0.115500201	0.128741438
2-Aminobutyric acid	1178.3	130.1487871	540.51	9.0085	C02356	0.364989578	0.079262412
Methylmalonic acid	1203	247.0898469	562.6535	9.377558333	C02170	0.035611705	0.005913077
Valine	1223.2	144.1828377	579.983	9.666383333	C00183	1.50831138	0.379191532
4-Hydroxybutanoic acid	1239.1	117.0711577	593.143	9.885716667	C01770	0.146412544	0.086628849
Urea	1246.4	189.1000061	599.877	9.99795	C00086	0.07279439	0.009963712
Benzoic acid	1252.1	179.0967188	604.696	10.07826667	C00180	0.757627476	1.088216438
1,3-Di-Tert-Butylbenzene	1261.3	175.1661048	612.737	10.21228333	NA	0.934027453	0.03662111
Ethanolamine	1275.3	174.1877773	624.2735	10.40455833	C00189	6.510647873	1.843890014
Leucine	1279.6	158.1784614	628.416	10.4736	C00123	0.941304245	0.363700099
Glycerol	1283.5	205.1000061	632.9085	10.548475	C00116	18.67529482	22.50317805
Phosphoric acid	1284	299.1000061	633.189	10.55315	C00009	536.4761026	661.2377331
Proline	1306.1	142.1501043	650.863	10.84771667	C00148	0.322801402	0.080096555
Glycine	1316.6	174.1862447	658.924	10.98206667	C00037	16.92097907	17.66554668
Succinic acid	1316.9	247.1574299	659.2495	10.98749167	C00042	0.723656144	0.531405997
Glyceric acid	1341	292.1895564	678.819	11.31365	C00258	0.793085658	0.10722067
Uracil	1347.4	241.1000061	683.955	11.39925	C00106	0.740366515	0.203055317
Fumaric acid	1349.6	245.1000061	685.522	11.42536667	C00122	0.490779555	0.201807865
Nonanoic acid	1362.1	215.1775755	695.503	11.59171667	C01601	0.071946663	0.060307398
Serine	1370.9	204.1952103	702.576	11.7096	C00065	4.056129365	3.551741534

正模式下樣品中代謝物鑒定結(jié)果

代謝物分類圖

PCA得分圖

差異代謝物熱圖

代謝通路影響因子圖

參考文獻(xiàn)

1 植物代謝組學(xué)的典型，研究以質(zhì)譜為基礎(chǔ)，進(jìn)行了一些了的整合分析。Bais P., et al. 2012. Plantmetabolomics.org: mass spectrometry-based Arabidopsis metabolomics- database and tools update. Nucleic Acids Res. 2012 Jan;40(Database issue):D1216-20. doi: 10.1093/nar/gkr969. Epub 2011 Nov 10.

2 非靶向代謝組學(xué)的實(shí)際案例，文章使用氣相色譜/質(zhì)譜代謝組學(xué)平臺(tái)。Tsugawa H., et al. 2011. Practical non-targeted gas chromatography/mass spectrometry- based metabolomics platform for metabolic phenotype analysis. J Biosci Bioeng. 2011 Sep;112(3):292-8. doi: 10.1016/j.jbiosc.2011.05.001. Epub 2011 Jun 8.

非靶向代謝組，首發(fā)于微基生物。

靶向代謝組

luoyuanquan — Thu, 21 May 2020 08:13:11 +0000

靶向代謝組學(xué)是對(duì)特定的代謝物群進(jìn)行檢測(cè)與分析。分析時(shí)加入了標(biāo)準(zhǔn)品的定量分析，用以對(duì)特定代謝物絕對(duì)濃度的定量檢測(cè)。常規(guī)分析法有氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）和液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS），我們優(yōu)先利用LC-MS的方法進(jìn)行代謝組分析[1]，然后通過(guò)與相同分析條件下標(biāo)準(zhǔn)品的分析結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，最終完成目標(biāo)代謝群定性和定量的分析。

針對(duì)不同靶向檢測(cè)物，我們制備了多種標(biāo)準(zhǔn)品，可對(duì) 膽汁酸、短鏈脂肪酸、TMAO及相關(guān)代謝物、氨基酸、脂肪酸、有機(jī)酸、黃酮類、植物激素、神經(jīng)遞質(zhì)等進(jìn)行靶向檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)方法

結(jié)果展示

校準(zhǔn)曲線和質(zhì)量控制偏差

所有單個(gè)膽汁酸的提取離子色譜（EIC、全譜）

	HS1B	HS2B	HS3B	HS1C	HS2C	HS3C
TUDCA	3.76	3.7	2.96	4.5	4.42	3.26
TLCA	0.335	0.338	0.361	0.233	0.185	0.166
GHDCA	43.2	41.3	41	56.1	50.2	40.7
λ-GMCA	2.46	2.49	2.69	3.25	3.06	3.08
β-MCA	0.545	0.661	0.142	0.112	0.156	0.0744
DLCA	0.616	0.439	0.417	0.2	0.154	0.0961
NCA	3.04	2.68	2.61	3.56	3.35	3.17
7-KDCA	1.39	1.42	1.34	1.44	1.67	1.35
NDCA	0.195	0.261	0.162	0.409	0.302	0.315
GLCA	1.69	1.39	1.43	1.33	1.16	1.2
β-HDCA	0.817	1.22	1.17	0.672	0.37	0.192
UDCA	30	27.7	29.2	32	28	24.1
CDCA	69	64.4	71.1	89.5	83.8	67.4
DCA	32.4	29.3	30.2	35.6	34.8	27.3
THDCA	2.61	1.75	1.17	3.81	2.5	2.04
TDCA	10.2	9.23	8.99	12.8	10.7	10.1
GUDCA	8.37	6.75	7.05	10.9	8.79	7.6
GCDCA	285	260	256	364	314	267
GDCA	48	47.1	50.3	63.8	54.2	44.3
GCA	129	118	125	142	137	135
UCA	0.917	0.592	0.864	1.18	1.15	1.07
3β-CA	1.78	2.22	0.923	1.56	1.43	1.32
α-MCA	0.214	0.607	0.245	0.152	0.127	0.193
λ-MCA	2.08	2.19	2.16	3.93	3.34	2.61
CA	83.3	56.4	52.5	54	51.9	46
ALCA	0.434	1.05	0.654	0.587	0.677	0.637
ω-TMCA	0.463	0.434	0.4	0.795	0.435	0.542
TCA	27	26	24.6	35.2	30.5	27.4
7-KLCA	2.16	2.2	2.49	1.5	1.9	1.38
APCA	0.475	0.604	0.432	0.416	0.613	0.294
3-DHCA	0.491	0.336	0.525	0.491	0.336	0.525
12-DHCA	8.77	8.87	8.47	9.67	12.6	8.19
TCDCA	60.24	59.3	57.33	36.45	35.65	39.22

膽汁酸檢測(cè)結(jié)果

代謝物通路分析

參考文獻(xiàn)

1 在基于LC-MS的整體代謝組分析過(guò)程中，我們所遇到的問(wèn)題、局限、優(yōu)勢(shì)和未來(lái)展望。 Gika H.G., et al. 2014. LC-MS-based holistic metabolic profiling. Problems, limitations, advantages, and future perspectives. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2014 Sep 1;966:1-6. doi: 10.1016/j.jchromb.2014.01.054. Epub 2014 Feb 8.

2 代謝組學(xué)在人體腸道微生態(tài)研究中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。Smirnov K.S., et al. 2016. Challenges of metabolomics in human gut microbiota research. Int J Med Microbiol. 2016 Aug;306(5):266-279. doi: 10.1016/j.ijmm.2016.03.006. Epub 2016 Mar 15.

靶向代謝組，首發(fā)于微基生物。