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客戶成功故事 | 高效化學同位素標記(HP-CIL)策略創新,數量級提升代謝組檢測靈敏度

代謝組分析面臨新的挑戰

隨著代謝組學在疾病、營養、環境與健康、農業等領域的應用越來越廣泛,對代謝組學的分析方法提出了更高的需求。然而代謝組學分析涉及的樣品復雜性及目前檢測的局限使得該領域依然面臨極大的挑戰:
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代謝組學樣品中包含多種的代謝物,目前需要多種儀器或多方法整合分析以確保全面的檢測,大大降低了檢測通量;
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代謝物的理化性質差異大,缺乏能有效電離的化學結構,造成分析的“盲點”;
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大部分代謝物極性高,在反相色譜分離上無法得到好的保留,容易受到樣品基質的干擾;
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分析過程中部分代謝物容易產生氧化還原或源內裂解反應,會導致檢測結果的誤判;
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樣品中不同代謝物濃度范圍差異大(從 pM 到 mM)容易受到儀器和基質的影響。
如何在現有基礎上進一步提高代謝物高靈敏度、寬覆蓋度和高通量的檢測將是代謝組學更好地應用于各個領域的關鍵挑戰。
DeepMarker MT 代謝組學平臺
創新的技術流程

為了應對以上挑戰,邁理奧科技在「加拿大阿爾伯塔大學厲良院士」的帶領下,采用安捷倫 1290 UHPLC/6546 Q-TOF 液質聯用系統,持續打造全球領先的 DeepMarker MT 代謝組學平臺,實現復雜樣品中代謝物的高靈敏、寬動態范圍檢測,在定性的同時實現準確定量(圖 1)。平臺采用高效化學同位素標記(HP-CIL)策略,具體分析流程如下[1-4]:
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1
首先,將胺/酚基代謝物、羧基代謝物、羰基代謝物和羥基代謝物這 5 大官能團分成 4 組,采用 12C- 丹酰試劑和 13C- 丹酰試劑對樣品分別進行衍生化處理(通過對權威代謝組數據庫的統計,胺/酚基代謝物、羧基代謝物、羰基代謝物和羥基代謝物占比整個代謝組的總覆蓋率超過 90%);
2
經過重試劑標記和輕試劑標記后的衍生產物進行 1:1 混合,進行 LC-MS 檢測;
3
結合 IsoMS Pro 數據分析系統對質譜峰對信號進行數據提取及統計學分析。

圖 1. DeepMarker MT 代謝組學平臺完整流程
以含胺/酚基代謝物為例(圖 2),使用丹磺酰氯(DnsCl)對目標代謝物進行化學衍生化后,檢測靈敏度可提升 10-1000 倍,從而有效地克服傳統無標記 LC-MS 方法的局限性。此外,整體流程包含了完整的 IsoMS Pro 分析系統,不僅實現對代謝物信號特征的高效提取,而且可利用衍生代謝物和內標衍生代謝物的峰面積進行相對定量與統計學分析。

圖 2. 含胺/酚基代謝物的高效化學衍生化方法
DeepMarker MT 代謝組學平臺也正是基于安捷倫新的 1290 UHPLC/6546 Q-TOF 系統,該聯用平臺可應對更多的樣品、增加的代謝物數量及濃度范圍帶來的挑戰,完美符合高精度與高效率的要求。其優勢主要體現在兩方面:首先,安捷倫 1290 Infinity II 液相色譜系統的可靠性和穩定性極佳,適合快速精確分離多種代謝物組分;同時,配合安捷倫新的 6546 Q-TOF 系統, 能夠在不犧牲數據質量的前提下,獲得高采集速度、高分辨率和寬動態范圍,從而為代謝組學的定性和定量分析提供高質量的數據 [5]。
目前 DeepMarker MT 代謝組學平臺可廣泛為疾病、藥物、毒理及食品營養等領域研究提供高質量分析結果。
DeepMarker MT 代謝組學平臺
用于食品組學研究案例分享

近期,與四川省農業科學院深度合作,采用 DeepMarker MT 代謝組學平臺對發酵紅辣椒醬(FRP)、醬油和腐乳進行代謝組學分析,同時也對不同種類發酵樣品之間和發酵紅辣椒醬(FRP)的不同鹽含量差異進行結果的比較 [1],總體工作流程圖見圖 3。結果表明,在這些發酵食品中,檢測到的代謝物高達八千多種,其中有一千多種代謝物可以準確鑒定或注釋。

圖 3. 高鹽發酵食品研究的總體工作流程
對于發酵食品而言,其鮮味口感一般來自多種初級代謝物(如氨基酸、脂肪酸、碳水化合物和有機酸)和次級代謝物(如生物堿、黃酮類和酚酸),采用 HP-CIL LC-MS 可以鑒定 1190 種代謝物, 而傳統無標記 LC-MS 和 GC-MS 代謝組學方法,只能分別鑒定 97 或 67 種代謝物。(圖 4)[2]

圖 4. 不同代謝組學平臺鑒定的代謝物數量
采用高效化學同位素標記(HP-CIL)方案,DeepMarker MT 代謝組學平臺可應對目前代謝組學的新需求及新挑戰,加速代謝組學研究進度,同時提升檢測結果的靈敏度、可靠性和重現性。放眼未來,隨著人類對疾病發生、發展、預防、治療不斷深入的研究,該平臺亦將拓展到臨床檢測維度,打開 IVD 檢測領域的新世界,有著廣泛的應用前景。
邁理奧介紹
廈門市邁理奧科技有限公司成立于 2020 年 7 月,由歸國博士為核心的專業團隊創建,加拿大皇家科學院院士厲良教授擔任首席科學顧問。邁理奧率先采用創新的高效化學同位素標記(HP-CIL) 結合液質聯用技術,開發出全球領先的 DeepMarker MT 代謝組學平臺,專注于全方位、個性化、一站式的科研服務和創新醫療診斷試劑的開發,推動生物標志物探索、健康監測等生命科學領域的創新與變革。目前已完成上百個合作項目,獲得多項知識產權及相關成果,涉及醫藥、食品、環境、水產等各個領域。客戶涉及高校、研究所及醫療機構臨床科研部門的研究人員等。
【首席科學顧問】
加拿大皇家科學院院士
阿爾伯塔大學終身教授
加拿大國家代謝組學研究創新中心聯合主任
人類代謝組計劃聯合發起人
人類代謝組學數據庫 HMDB 聯合創始人
全球領先 HP-CIL 代謝組技術平臺發明人
*被引用次數:20219 (Google Scholar, 2022)
H-index:70 (Google Scholar, 2022)[6]
【核心創始人 技術&研發總監】趙爽 博士
廈門市第十四批“雙百計劃”領軍型創業人才
參與人類代謝組計劃、 加拿大腦計劃 、人類代謝組學數據庫(HMDB)的建設
10 余年代謝組學相關研究經驗、加拿大國家代謝組學創新中心 7 年研發經驗
參考數據:
[1] “Development of a High-Coverage Quantitative Metabolome Analysis Method Using Four-Channel Chemical Isotope Labeling LC-MS for Aanlyzing High-Salt Fermented Food”., Zhihua Li, Ling Dong, Chi Zhao, Fengju Zhang, Shuang Zhao, Jingjing Zhan, Jia Li, and Liang Li*., J. Agric. Food Chem. 2022 Jul 20;70(28):8827-8837.
[2] “Comprehensive metabolomic comparison of five cereal vinegars using non-targeted and chemical isotope labeling LC-MS analysis”. Zhihua Li*, Chi Zhao, Ling Dong, Yu Huan, Miwa Yoshimoto, Yongqing Zhu, Ipputa Tada, Xiaohang Wang, Shuang Zhao, Fengju Zhang, Liang Li*, Masanori Arita*, 2022, , Metabolites, 12(5), 427.
[3] 邁理奧微信公眾號:
https://mp.weixin.qq.com/s/b113z9IlAr_bt7gVZg-vXg
[4] 邁理奧:www.meliomics。。com
[5] Agilent 6546 LC/Q-TOF 全面提升分析性能, 5994-0686ZHCN.
[6] Li Liang-Google Scholar:
https://scholar.google.com/citations?user=LAucFeIAAAAJ&hl=en