比传统方法高出10倍!Nature Methods发布一种可以识别未知代谢物的新技术

【字体: 时间:2019年03月29日 来源:生物通

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  日本RIKEN可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员开发了一种新质谱系统,可以识别代谢组(不同生物体的整套代谢物)。研究证实,当对来自12种植物物种的组织进行检测时,这种方法能够记录超过一千种代谢物。其中包括以前从未发现的数十种,而且还有那些具有抗生素和抗癌潜力的一些代谢物。

  

生物通报道:日本RIKEN可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员开发了一种新质谱系统,可以识别代谢组(不同生物体的整套代谢物)。研究证实,当对来自12种植物物种的组织进行检测时,这种方法能够记录超过一千种代谢物。其中包括以前从未发现的数十种,而且还有那些具有抗生素和抗癌潜力的一些代谢物。

这一研究发现公布在Nature Methods杂志上。

常见的止痛药阿司匹林(乙酰水杨酸)最初是在19世纪制造出来的,这种药物其实在几千年前的粘土中就有描述过,然而在发现了一种新的合成方法之后,在世界各地使用了这种药物近70年之后,科学家才终于能够理解了它是如何工作的。这是一个漫长的历史过程,这也告诉我们植物虽然是药物发现和生物技术的无限资源,但数千年时间太长了。

为什么需要这么长时间?

最大的问题是数百万种植物物种,每种都有自己的代谢组。目前,我们只大约了解所有这些天然产品中的约5%。尽管质谱方法可以识别植物代谢物,但它仅能用于确定样品是否含有某种已经发现了的分子。然而寻找未知的代谢物则是另一回事。

计算质谱方法是一个不断发展的研究领域,专注于寻找以前未知的代谢物,并预测它们的功能。该领域建立了不少代谢组数据库和储存库,有助于鉴定人类,植物和微生物群的代谢组。

最新研究中,在Hiroshi Tsugawa和Kazuki Saito的带领下,CSRS的团队花了几年时间开发出一种能够快速识别大量植物代谢物的系统,包括那些以前未被发现的植物代谢物。

Tsugawa解释道,“虽然没有软件可以全面识别生物体内的所有代谢物,但我们采用了计算质谱中的新技术,可以覆盖之前传统方法的10倍范围!”

研究人员进行了检测,结果证实基于质谱的方法仅发现了不到一百种代谢物,但该团队的新系统能够找到超过一千种。

新的计算技术依赖于几种新算法,可以预测代谢物的分子式,并按类型对其进行分类。还可以预测未知代谢物的亚结构,并根据结构的相似性,将它们与已知的代谢物联系起来,这可以帮助预测功能。

而且这种新方法的最重要一点是可以找到未知代谢物,尤其是能够表征水稻和玉米中的一类抗生素(benzoxazinoids)以及普通洋葱,番茄和马铃薯中具有抗炎和抗菌特性(glycoalkaloids)的物质。它还能够鉴定两类抗癌代谢物,一种是大豆和甘草中的三萜皂苷,另一种是来自咖啡家族的β-咔啉生物碱。

Tsugawa指出,这种新方法并不仅限于植物。

“我相信计算解码代谢组学质谱数据与更深入了解所有新陈代谢有关。我们的下一个目标是改进这种方法,进行人类和微生物群代谢组的鉴定。然后可以通过基因组学进一步研究新发现的代谢物 ,转录组学和蛋白质组学。”

(生物通)

原文标题:

A cheminformatics approach to characterize metabolomes in stable isotope-labeled organisms



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