2019年4月3日 中科院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心的朱正江研究员课题组最新学术成果正式发表在《自然通讯》杂志 (以下简称Nature Communications)，详细介绍了新一代非靶向代谢组学代谢物结构鉴定算法和软件MetDNA。
图1 朱正江研究员课题组最新发表在Nature Communications上的文章
Metabolic reaction network-based recursive metabolite annotation for untargeted metabolomics, Nature Communications volume 10, Article number: 1516 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09550-x.pdf
文献初探
近年来，基于LC-MS的非靶向代谢组学的研究越来越多，但是面临的最大挑战就是如何去大规模、准确地鉴定高分辨质谱数据中小分子代谢物的化学结构。针对这一挑战，中科院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心的朱正江研究员课题组开发出了一款小分子代谢物化学结构鉴定算法—MetDNA（一款创新的软件，以下简称MetDNA）。它能大规模地提高小分子代谢物结构鉴定的数量和覆盖度，并且不需要依赖一个特别完备的代谢物标准品二级数据库。目前，该工作已经发表在国际著名期刊Nature Communications杂志上（图1），并且这款软件已经可以在网络上供非商业免费使用：http://metdna.zhulab.cn/。
在代谢反应网络中，代谢物与其成对反应的相邻代谢物有着相似的化学结构，因此它们的二级质谱图也有一定的相似性。MetDNA基于这样一个原则，先通过一个小的二级质谱数据库对代谢物进行鉴定，将鉴定到的代谢物作为种子，然后利用这些种子代谢物的实验二级质谱图去注释与它成对反应的相邻代谢物，循序递进，进行递归的注释分析（图2）。
图2 MetDNA的工作原理和基本流程
（图片来源：Nature Communications杂志）
MetDNA具有很强的实用性，即使是基于不同的LC-MS仪器平台，不同的数据采集模式（IDA/DIA）采集的各种生物样本的质谱数据，都能在一次实验中累积注释到大约2000个代谢物结果（图3）。此外，MetDNA还可以用于多组学的研究，比如将代谢组学与转录组学有机的结合起来分析等。
图3 不同样本中注释到的代谢物数目
（图片来源：Nature Communications杂志）
MetDNA可以极大的提高代谢物的注释数量，因而高质量和高覆盖度的代谢物二级质谱数据的采集成为非靶向代谢组学研究的先决条件。
创新质谱平台及方案：为客户创造价值
朱正江研究员课题组使用SCIEX TripleTOF®高分辨质谱完成的本地代谢物标准品数据库的建立以及相关的代谢组学数据的采集。SCIEX始终致力于创新质谱技术和方案，为研究型及工业级客户创造价值。
▲将客户珍贵的样本转化为高质量数据：SCIEX的TripleTOF®，无论在信息依赖采集（IDA）还是在数据非依赖采集（SWATH®）的二级质谱采集模式下，都同时具备高灵敏度、高分辨率和超快的采集速度的优点。
▲支持客户实现非靶向和靶向的多种应用流程，满足从发现到验证的全部需求（图4）。
◇ 未知代谢物筛查：以发现样品之间不同的所有化合物为目标，并与生物学及临床意义相关联。凭借 XCMSplus 软件，您可以同时定量和鉴定成百上千个样品中的几千种特征，并检索 METLIN 等数据库来确定相关代谢物。
◇靶向/半靶向代谢物筛查：如果想要提取已知化合物的信息，利用 MultiQuant™ 软件和 MarkerView™ 软件可以在成百上千个样品中对这些化合物进行严格定量和统计分析，例如特定生化途径内的所有代谢物。
▲创新质谱前端微升流速液相MicroLC，帮助客户降本增效：
MicroLC 可让定量分析的定量下限 (LLOQ) 最多降低 5 倍，而且样品和溶剂用量更少。同时，每个样品的溶剂消耗减少 125 倍， 有效减少溶剂消耗。此外，瓶底感应技术和减少上样量，有助于客户节省珍贵样本的消耗。
图4 SCIEX代谢组学和脂质组学质谱完整方案
近年来，朱正江研究员课题组利用SCIEX TripleTOF®仪器发表了多篇有影响力的代谢组学文章（表1）。SCIEX的质谱仪能够为客户的科研工作提供强有力的帮助。
表1 朱正江研究员课题组今年发表部分前沿文章列表
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