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代謝組學，妙手何來？｜邁理奧，開拓代謝組學新科技的先鋒
今天要講到的代謝組學妙手來自何方？
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領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家厲良教授（加拿大皇家科學院院士）和學術總監(jiān)李佳博士，深入了解了代謝組學領域及其檢測環(huán)節(jié)所面臨的挑戰(zhàn)與機遇。
厲良教授是享譽國際的質譜和代謝組學專家，加拿大皇家科學院院士、加拿大國家代謝組學研究創(chuàng)新中心聯(lián)合主任、加拿大阿爾伯塔大學終身教授、人類代謝組計劃聯(lián)合發(fā)起人、人類代謝組學數(shù)據(jù)庫 HMDB 聯(lián)合創(chuàng)始人，積累了豐富的學術成果，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？
隨著人們生活水平的提高，健康已成為重要關注點。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，需要更先進的技術來輔助。以新生兒篩查為例，代謝組學技術能在幾分鐘內(nèi)快速識別 40 多種遺傳代謝病的生物標志物。
那么，什么是代謝組學呢？代謝組學是通過質譜等高通量技術手段，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，并進行定性和定量分析，探索代謝物變化與生物過程之間的有機聯(lián)系。簡單來說，代謝組學就是研究生物體內(nèi)所有小分子代謝物的科學。
癌細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，借助代謝組學技術，我們有望在癌癥早期進行發(fā)現(xiàn)和干預，避免病情發(fā)展到晚期擴散才進行治療。這種早期診斷和干預策略，能夠顯著提升治療效果，改善患者的生存質量。
圖 2. 葡萄糖、乳酸和三羧酸循環(huán)對抗腫瘤免疫的影響
質譜檢測在代謝組學領域面臨哪些挑戰(zhàn)？
如何應對？
代謝組學領域的研究在檢測環(huán)節(jié)面臨很多挑戰(zhàn)，厲良教授介紹到，代謝物常用質譜進行檢測，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)新技術克服常規(guī)代謝組學方法的瓶頸，從而提升檢測的準確性和效率。
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，導致質譜不容易捕捉到這些物質。
針對這一問題，邁理奧巧妙運用了化學衍生化的方法，使代謝物擁有疏水基團和叔胺結構，顯著提高其色譜柱的保留性能和離子化效果，結合安捷倫高分辨質譜儀器，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確、全面地檢測到。
02 代謝物的定量分析：
代謝物的準確定量應使用其對應的同位素內(nèi)標矯正，但并不是所有代謝物均有同位素內(nèi)標，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記的方法，為每種代謝物生成一一對應的同位素內(nèi)標，進行精確的定量分析。代謝組學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，即可為進一步研究和轉化提供重要參考。
03 代謝物的鑒定：
質譜靈敏度較高，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。
為了得到更準確的代謝物鑒定結果，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+個代謝物的精準鑒定和7000+個代謝物的可靠推定。為了進一步提高代謝物的鑒定能力，邁理奧正在構建基于 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，確保檢測結果的準確性，從而為科學研究和臨床應用提供更加可靠的支持。
圖 3. 邁理奧技術人員進行代謝組學實驗
在代謝組學研究領域，
質譜儀需要滿足哪些要求？
在代謝組學研究領域中，質譜儀發(fā)揮著非常重要的作用，因此厲良教授認為，質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)分并準確識別具有接近質量數(shù)的多種代謝物；
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穩(wěn)定性，確保從樣品前處理、液相分離、到質譜檢測等各個環(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；
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數(shù)據(jù)處理能力，確保有軟件能便捷地把各種峰型的結果進行分析匯總。
圖 4. 安捷倫儀器
安捷倫的高端質譜儀器，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和解決方案。
圖 5. 安捷倫軟件界面
代謝組學的臨床轉化和應用前景？
在基因組-轉錄組-蛋白質組-代謝組的系統(tǒng)生物學框架內(nèi)，代謝組學處于最下游，最接近生物表型，比其他組學更具時間敏感性，因此可以更容易直接與表型建立關系。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)生物學與人體表型之間的聯(lián)系
目前，代謝組學在臨床領域的應用主要有三個方面：
1
疾病生物標志物的發(fā)現(xiàn)：代謝組學可以幫助識別與特定疾病相關的生物標志物，這些標志物可用于疾病的早期診斷、疾病的分型或預后評估。這對于提高疾病的檢測精度和患者管理具有重要意義。
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藥物代謝與反應監(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水平，支持精準醫(yī)療的實施。
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疾病預防和健康管理：通過觀察多種代謝物（如指紋圖譜）的變化，代謝組學可以評估個體的整體健康狀況，并預測潛在的疾病風險。這為早期干預提供了依據(jù)，有助于預防疾病的發(fā)生。
邁理奧是誰？
作為開拓代謝組學新科技的先鋒，邁理奧在首席科學家厲良教授的全程指導下，組建了以歸國博士趙爽為核心的專業(yè)團隊，創(chuàng)建了 DeepMarker MT 代謝組學平臺和 DeepMarker LT 脂質組學平臺，專注于全方位、個性化、一站式的科研服務和創(chuàng)新醫(yī)療診斷技術的開發(fā)，推動生物標志物探索、健康檢測等生命科學領域的創(chuàng)新與變革。
顛覆性的技術創(chuàng)新突破了常規(guī)方法的瓶頸，已應用于數(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)測等領域，助力高水平的科學研究以及高效的臨床轉化，成果顯著，如阿爾茨海默癥（加拿大腦計劃）生物標志物的探索、烏帕替尼（艾伯維）的新適應癥療效評估、食品發(fā)酵過程監(jiān)測等，體現(xiàn)了更高靈敏度、高覆蓋率、高精準定量、高穩(wěn)定性的全方位、多層面的領先優(yōu)勢。
結語
代謝組學作為后基因組時代發(fā)展最快、熱門、極具潛力的組學新興學科，廣泛應用于生命科學各領域，為發(fā)現(xiàn)生物標志物、探尋疾病機制等提供了強大的技術平臺。感謝邁理奧一直走在突破代謝組學技術瓶頸、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)的服務和支持，助力更多本土企業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新和發(fā)展。