据统计,全世界有近 3800 万人感染了艾滋病病毒(HIV-1)。不幸的是,在普遍认知和治疗经验里,HIV-1 感染是不可治愈的,抗病毒治疗虽然有效,但必须终身服用,给人们带来了巨大的精神和经济负担。如何彻底治愈艾滋病,一直吸引着科研人员和医学专家们孜孜不倦地探索。2022 年 2 月 15 日,逆转录病毒和机会性感染会议(CROI)上,加州大学洛杉矶分校和约翰·霍普金斯大学的研究团队曾报告一个艾滋病治疗案例——纽约病人,这是全球首例可能被治愈 HIV 的有色人种女性。今日,这篇研究正式刊发在Cell杂志,题为HIV-1 remission and possible cure in a woman after haplo-cord blood transplant。该研究首次使用 CCR5Δ32/Δ32 单倍体脐血干细胞移植 (haplo-cord transplant) 法,治疗急性髓系白血病和艾滋病的混血妇女,证明这种移植能够增强患者对艾滋病毒毒株的耐药性,达到 100% 免疫重建和对艾滋病毒毒株的抗性,即使后期停止服用抗逆转录病毒药物,也没有检测到具有复制能力的病毒[1]。图 1
在哺乳动物中,新生命开始于精子与卵细胞成功相遇,形成受精卵,然后子代携带来自双亲的部分遗传物质。长久以来,这都是自然界中哺乳动物繁衍后代的定律,也是维持种群的重要方式。在鱼类和爬行动物中,还存在一种普遍的繁殖方式,称为孤雌生殖,仅由从未受精的卵母细胞产生后代,但这在哺乳动物的自然繁殖中并未发现。孤雄生殖这一方式更是罕见,仅在一种稀有杂交鱼类和一些无脊椎动物中有发现。2023 年 3 月 8 日,在弗朗西斯·克里克研究所举行的第三届国际人类基因组编辑峰会上,来自日本九州大学的Katsuhiko Hayashi介绍了他们的最新研究:通过将雄性小鼠细胞转化为卵子,他们最终创造了具有两个亲生父亲的小鼠后代。Katsuhiko Hayashi(图片来源:网络)2023 年 3 月 15 日,这项研究正式发表在 Nature 杂志,论文题为Generation of functional oocytes from male mice in vitro。研究人员将携带男性 XY 染色体的皮肤细胞重新编程为干细胞样状态,即所谓的诱导多能干细胞(iPSCs)。然后删除这些细胞中的 Y 染色体,并替换为从
近年来科学家们对代谢组学的关注度越来越高,有大量的代谢组学 SCI 得以发表,它成为继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后的又一个热点研究领域。2019-2022 年代谢组学 SCI 发表数量在 PubMed 中检索“Metabolomics OR Metabolome”,2020-2022 年共发表 31,871 篇相关论文,今年截止目前的发文量为 10936 篇。更震惊的是,今年还没结束,就已经有 2023 年的 110 篇文章上线了!!!可见它在当下科研界的火热程度。代谢组学研究已逐渐成为目前关注颇高的组学方向:其一,大家普遍认可代谢物是反映生物表型、状态的最有效分子;其二,代谢物被认为是功能分子、信号分子,其慢慢与功能组相挂钩;其三,肠道微生物等新兴研究热点的带动。最直观的感觉,从上述代谢组学发表的期刊就能看出近几年代谢组学的项目数量的明显增速。但是,连连频发的代谢组学,如果对具体做什么和怎么做缺乏明确认知,无目的的流程化分析很难找到重要的结果。如何实现思路进阶,勇攀高分?本文小鹿将从 3 个层次文章解析代谢组学发文思路,供大家参考。常规思路:影响因子≤5分的文章研究思路这一梯度
质谱成像(Mass Spectrometry Imaging, MSI)作为一种新型的分子影像技术,能够直接从生物组织中获得大量已知或未知的内源性代谢物和外源性药物等分子的结构、含量和空间分布信息。相对于其他成像方法(如荧光成像、放射性标记成像等),该技术无需化学或放射性标记、不需复杂样品前处理,具有高特异性、高通量和空间信息保留的突出优势。质谱成像技术可以实现生物组织中上千代谢物的定性、定量和定位分析,结合生物信息学分析,发展为空间代谢组学方法,可从生物组织原位发现差异代谢物,并识别其生物学功能。空间代谢组学鹿明空间代谢组是基于质谱成像技术发展而来的,免标记、无需基质、周期短。通过质谱成像技术对不同组织器官中的代谢物进行定性、定量、定位三个维度的分析,突破传统代谢组研究损失空间信息的瓶颈。空间代谢组学作为一种新型的分子影像技术,能够直接从生物组织中获得大量已知或未知的内源性代谢物和外源性药物等分子的结构、含量和空间分布信息。图 1 |不同质荷比大小的代谢物在大鼠脑中的空间成像技术原理鹿明空间代谢组在解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)技术上进一步升级,形成了空气动力辅助离子化解
代谢组学的研究目标是尽可能对生物系统中所有代谢物进行定性和定量的分析,是研究代谢物谱、代谢表型、代谢变化、代谢途径和发现生物标志物强大的分析工具。色谱-质谱联用技术整合了色谱的高效分离能力和质谱的强大分析功能,具有灵敏度高、选择性好、动态范围宽、信息丰富等优点,已成为代谢组学研究最常用的分析技术,能够在单次分析中获得数千种代谢物的信息,在血液、尿样和细胞等生物样品的代谢组学分析中占据重要地位。然而,对于结构复杂和异质性高的生物组织或器官中的代谢物分析,色谱质谱联用分析方法具有局限性,原因是其分析过程中所需的组织匀浆、代谢物提取、纯化和富集等前处理过程丢失了代谢物在组织中的空间分布信息。质谱成像(Mass Spectrometry Imaging, MSI)作为一种新型的分子影像技术,能够直接从生物组织中获得大量已知或未知的内源性代谢物和外源性药物等分子的结构、含量和空间分布信息。相对于其他成像方法(如荧光成像、放射性标记成像等),该技术无需化学或放射性标记、不需复杂样品前处理,具有高特异性、高通量和空间信息保留的突出优势。质谱成像技术可以实现生物组织中上千代谢物的定性、定量和定位分析,
空间代谢组学(Spatial Metabolomics)结合了质谱成像(Mass Spectrometry Imaging, MSI)和代谢组学,利用离子源直接扫描生物样品成像,不仅可以鉴定上百种甚至上千种代谢物的结构和相对含量,还可以在同一张组织切片上同时分析大量代谢物的空间分布特征,为传统代谢组学分析提供了全新的可视化视角,实现对代谢物进行定性、定量、定位三个维度的深入分析。相信您会关注,空间代谢组学研究切片是如何操作的?在样本准备过程中需要注意哪些事项?在脑、肝脏、肾脏、肿瘤、肺、心脏组织中重要检出物及检出大类占比是怎样的?首先我们必须要谈的是一般做空间代谢组学必须经历的几大步骤中,其中成败的关键一定离不开切片;线上的研究资料中很少详细对空间代谢组切片关注;本篇是鹿明生物经过多年的空间代谢组学研究经历,梳理的部分切片攻略。一、空代切片实验具体流程:样本核对;样本固定及安装;样本修片;确认切面;正式样本收集;切片检查核对;二、切片技巧及原因分析、解决方案鹿明生物空间代谢组学切片经验大放送,以下是我们整理的常见空间代谢组学中的切片问题:三、做空间代谢组学的热门组织检出大类占比的形式:
国家自然科学基金委员会通知通告随着国家自然科学基金委员会在 2021 年 9 月 30 日发布的《关于发布生命科学部 2021 年度指南引导类原创探索计划项目指南的通知》中,在附件:指南引导类原创探索计划项目“未来生物技术”项目指南中,对拟资助研究方向做了相关的通知,其中拟开展方向的相关研究中第 1 条:生命现象观测的高精度、多维度、跨尺度的新原理、新方法和新技术研究中提到关于空间多维组学的研究方向(如下图)图片来源于国家自然科学基金委员会推荐 2 篇运用空间多维组学中的一种空间代谢组学的研究策略;推荐的文章均来自中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室再帕尔·阿不力孜教授、贺玖明教授团队。借此也感谢再帕尔·阿不力孜教授、贺玖明教授团队在空间代谢组学研究中做的大量工作和推出这么棒的技术。下面就一起来看看这 2 篇经典研究策略吧!12021 年 4 月,中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室再帕尔·阿不力孜教授、贺玖明教授团队在分析化学一区《Analytical Chemistry》(IF:6.986)期刊发表封面文章,题为“Mapping me
1.空间代谢组对代谢物的定性原理?鹿明生物的空间代谢组采用空间成像仪器 AFADESI-MSI、Waters SYNAPT XS 对切片进行扫描和信息采集。获得切片上代谢物的 m/z,通过与数据库进行比对,获得代谢物的定性标注信息,并利用空间成像软件解析获得不同 m/z 的空间成像图。2.空间代谢组都有哪些空间分辨率?AFADESI-MSI 的空间分辨率(即一个像素点的尺寸大小)目前常用的有 100uundefined100um,40uundefined40um,20uundefined20um,鹿明生物 2023 年初正式引进 Waters SYNAPT XS 质谱成像系统,不断研发更高的空间分辨率。我们要根据自己关注的组织微区大小去选择合适的分辨率。比如对于脑组织、肾脏组织、心脏组织等样本经过切片后尺寸在 1cundefined1cm 左右,利用 100uundefined100um 分辨率就可以满足对关注的微区结构进行图像分析,此时我们不一定需要选择更高的分辨率进行检测。对于一些小体积样本,比如样本尺寸在 5mundefined5mm 以下,为了获得足够的像素点,形成更加清晰的成像图,并且关注的组织微区需要更高的分辨率才能获得足够的信息。3.能否介绍一下空间代谢
2023 年 2 月 5 日,同济大学附属同济医院张子强团队在 Gut Microbes(IF= 9.434)在线发表了肿瘤微生态调控的最新研究成果“Microbiome and spatially resolved metabolomics analysis reveal the anticancer role of gut Akkermansia muciniphila by crosstalk with intratumoral microbiota and reprogramming tumoral metabolism in mice”。该研究通过微生态组学及AFADESI 空间代谢组学等多个层面的研究,首次发现了肠道菌群和肺癌微生态之间潜在的全新调控作用,阐明了肠道/肿瘤菌群交互作用以及菌群参与调控肿瘤发生发展的关键机制。其中 AFADESI 空间代谢组学由鹿明生物提供技术支持;本研究的前提有如下几点:1.肠道菌群对肿瘤生物学有深远影响,比如口服双歧杆菌(Bifidobacterium)会增强 PD-L1 的治疗效果;2.肿瘤组织内部也有微生物存在,称为瘤内菌群。它可能会调
结直肠癌(CRC)的早期诊断是提高患者生存率的有效方式。目前临床常用的非侵入性和入侵式检测方法因其准确率低或对患者造成伤害,大规模使用仍受限制。因此,发展无创且准确的检测方法变得尤为重要。由国家癌症中心中国医学院科学院肿瘤医院崔巍研究员与专业多组学技术团队合作在医学一区消化道领域国际期刊《GUT》期刊发表了题为“Integrated analysis of the faecal metagenome and serum metabolome reveals the role of gut microbiome- associated metabolites in the detection of colorectal cancer and adenoma”的研究成果,通过非靶向代谢组、靶向代谢组以及 AFADESI-MSI 空间代谢组学研究方法,整合了宏基因组的数据,发现了可用于腺瘤及结直肠癌诊断的代谢标志物,建立的相关预测模型显示出较高诊断准确性,为结直肠癌早期诊断奠定坚实基础。其中 AFADESI-MSI 空间代谢组学由贺玖明教授团队提供技术支持。研究技术路线研究方法1、研究队列:
癌症治疗研究中的关键问题是可区分正常组织和肿瘤组织的靶向抗肿瘤药物开发在新药研发的早期,如何快速评估抗癌药物的肿瘤靶向性非常重要,且了解药物在肿瘤内的异质性分布更具挑战。开发一种高精度、高灵敏度的定量成像分析方法有望解决这一难题。开发一种高精度、高灵敏度的定量成像分析方法有望解决这一难题。质谱成像是一种无需标记的分子成像技术,它可提供有关生物体内药物和代谢物分布的时空信息,其在药物开发领域的应用正在迅速增加。中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室贺玖明团队在《Theranostics》期刊发表的题为“Evaluation of the tumor-targeting efficiency and intratumor heterogeneity of anticancer drugs using quantitative mass spectrometry imaging”的研究成果,采用空气动力辅助解吸电喷雾离子化(AFADESI)技术和基于人工神经网络(ANN)的虚拟校正-定量质谱成像(VC-QMSI)方法,建立了针对紫杉醇及其衍生物前药的体内定量成像方法,为
肿瘤代谢的表征能够为癌症病理机制研究、肿瘤诊疗新指标和干预靶点的发现提供新的契机。然而,到目前为止,如何全面的发现肿瘤的异常代谢,尤其是如何从代谢物和代谢酶两个层面上原位地表征肿瘤的异常代谢仍然面临非常大的困难。中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室再帕尔 · 阿不力孜科研团队在《PNAS》期刊发表的题为“Spatially resolved metabolomics to discover tumor-associated metabolic alterations”的研究论文,采用 AFADESI-MSI 技术,建立了空间分辨的原位代谢组学方法,并提出一种“下游代谢物与上游代谢酶关联” 的研究策略来表征肿瘤代谢改变;结合免疫组化分析验证,从代谢物和代谢酶两个层次和组织原位深入探究食管癌的代谢改变,发现并可视化表征了食管癌异常的代谢通路及其代谢酶。实验设计:收集 256 例人鳞片状食管癌(ESCC)组织标本,包括癌组织、癌旁组织和远端非癌组织,制成冰冻组织切片。如图 1 所示,采用空气动力辅助解吸电喷雾离子化质谱成像技术(AFADESI-MSI),采集上述组织中
先导篇21 世纪的最前沿科学之一,随着人类第一张基因序列草图的完成和发展,生命科学的研究也将进入一个崭新的后基因组学,在基因组-转录组-蛋白组-代谢组的系统生物学框架内(图 1),代谢组是生物动态调控系统中最接近于表型的阶段,是生命的本质特征和物质基础。代谢组学一方面由于与健康疾病、营养科学、药物毒性、环境科学等密切相关,未来广阔;另一方面,由于代谢物结构迥异、种类众多,在技术开发和应用方面也面临巨大挑战。图 1 | 组织/细胞的系统生物学框架,涵盖了基因组、转录组、蛋白组、代谢组,脂质组等【1】(图片来源:Wu RQ, J Dent Res. 2011)1.质谱技术质谱( Mass SPectrometry)是带电原子、分子或分子碎片按质荷比(或质量)的大小顺序排列的图谱。质谱仪是一类能使物质粒子高化成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与否实现质荷比分离,并检测强度后进行物质分析的仪器。质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。1.1质谱分析的基本原理用于分析的样品分子(或原子)在离子源中离化成具有不同质量的单电行分子离子和碎片离子,这些单电荷离子在
1.质谱定义代谢组学就是研究生命体中所有代谢产物(小分子化合物)变化规律的科学,通过比较不同实验组之间代谢物的系统性差异来研究生命现象,并揭示其内在规律。在 DNA-RNA-蛋白质-代谢物这一中心法则框架内,代谢组学处于生命动态系统最下游,最接近于表型,它不仅是表型的描述性指标,还可以通过调节基因组、转录组、蛋白组等多组学来影响机体的生理功能。近年来,代谢组学发展迅猛,研究成果备受顶级期刊青睐。说到这里,您一定想了解代谢组学最早期的发展历史吧~~2.发展历史1970 年Baylor 药学院提出代谢轮廓分析1975 年Thompson 和 Markey 利用气质联用开展定量分析,同期 HPLC 及 NMR 对代谢物的分析也开始发展起来1986 年Journal of Chromatography A 初版一期代谢轮廓分析专辑,多类型样本的代谢轮廓分析发展迅速1997 年Oliver 提出来代谢组(metabolome)的概念1999 年Nicholson 等人提出 metabonomics 的概念2005 年Metabolomics 创刊3.代谢组学的应用与发展3.1代谢组学促进多学科,
生命科学被誉为 21 世纪的最前沿科学之一,随着人类第一张基因序列草图的完成和发展,生命科学的研究也将进入一个崭新的后基因组学,即蛋白质组学时代。正如基因草图的提前绘制得益于大规模全自动毛细管测序技术一样,后基因组研究也将会借助于现代生物质谱技术等得到迅猛发展。本文拟简述生物质谱技术及其在生命科学领域研究中的应用。1.质谱技术质谱( Mass SPectrometry)是带电原子、分子或分子碎片按质荷比(或质量)的大小顺序排列的图谱。质谱仪是一类能使物质粒子高化成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与否实现质荷比分离,并检测强度后进行物质分析的仪器。质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。质谱分析的基本原理用于分析的样品分子(或原子)在离子源中离化成具有不同质量的单电行分子离子和碎片离子,这些单电荷离子在加速电场中获得相同的动能并形成一束离子,进入由电场和磁场组成的分析器,离子束中速度较慢的离子通过电场后编转大,速度快的偏转小;在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转,即速度慢的离子依然偏转大,速度快的偏转小;当两个场的偏转作用彼此补偿时,它们的轨道便相交
1.代谢组学数据存在的弊端代谢组学相较于系统生物学的其他组学来说,拥有海量的数据(尤其是非靶向代谢组学数据),通常来说,代谢组学数据的特点有:a.高噪声:生物体内含有大量维持机体生理作用和功能的内源性小分子,具有特定研究意义的生物标志物以及功能代谢物只是其中很少的一部分。绝大部分的代谢物和研究目的无关,这就造成了在整体代谢物背景下,少部分的功能代谢物受到绝大部分无用代谢物的噪声干扰会相对严重;b.高维度(相对小样本):通常来说,非靶向代谢组检测到的代谢物的数量远大于样本个数,因此处理代谢组的数据不能选择使用传统的统计学方法;c.鉴定难度大:多方面的因素导致代谢组的数据的鉴定和定性难度较大,比如同分异构体、理化性质相近的代谢物、液相体系、代谢物质谱结构解析的困难等等。d.高度不规则:代谢组数据分布很不规则,有可能数据中会出现很多 0 值,这需要采用更加复杂合理的统计分析策略来揭示隐藏其中的复杂数据关系。一份数据,要承受多少次的鉴定筛选,才能熬过 reviewer 的火眼;你是否曾经历过 reviewer 对于数据鉴定的质疑,比如:1.It seems there are many wro
GC-MS 非靶向代谢组学检测通过气质联用(GC-MS)方法检测生物体受外界刺激前后体内大多数小分子代谢物的动态变化,重点寻找在实验组和对照组中有显著变化的代谢物,进而研究这些小分子代谢物变化,实现对生命科学中更多问题的探索。1.GC-MS(气质联用)相关介绍GC-MS 分离检测的原理:利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等理化性质的不同来进行分离,然后进入质谱检测器进行检测的过程。GC-MS 仪器分为三个系统:进样系统、分离系统、检测系统。GC-MS 的适用范围:主要取决于化合物的性能,一般适用于分子量小、易挥发的代谢物2.GC-MS 优势及流程运用GC-MS代谢组学探究优势:1)技术成熟稳定、分辨率高、选择性好;2)具有相对完善的数据库;3)适合于复杂基质的分析,一次分析提供全面的信息;4)全自动峰识别、解卷积、样品比较、质量控制;5)定性更准(结合保留时间指数辅助定性);3.GC-MS 代谢工作流瓶颈除了代谢物的提取,代谢物的纯化与富集也是非常重要的;那么纯化和富集的目的是什么呢?纯化主要是为了去除蛋白质、核酸、盐或者干扰目标代谢物检测的其他代谢物;富集的目的主要是提
近年来科学家们对代谢组学的关注度越来越高,有大量的代谢组学 SCI 得以发表,它成为继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后的又一个热点研究领域。2019~2022 年代谢组学 SCI 发表数量在 PubMed 中检索“Metabolomics OR Metabolome”,2019~2022 年 8 月为止,共发表相关论文 36,135 篇。以今年当前发文量(7324 篇)来看,已逼近 2019 的全年发文量,可见它在当下科研界的火热程度。看到代谢组学研究越来越受到重视,可是真正当你着手去做代谢组学的时候才能体会什么是无助!三大组学,哪个分析难度最高、水最深?小编认为非代谢组学莫属。为什么?基因/转录组=测核苷酸排列,4 种核苷酸组成;蛋白组=测氨基酸排列,20 种氨基酸组成;代谢组=测核苷酸+氨基酸+糖+有机酸+脂类等组成,每一类都有 N 种。分析化学没学好?色谱玩不溜?原始图谱不会看?算法不太懂?如果是这种情况,可能连代谢组学的门都难摸到。代谢组学做得好的平台,基本都是有 N 年分析化学经验的大牛。对于生物领域研究的老师,也许我们并不需要过分关注检测分析实验的细节。但是,对于代谢组分
导读人工甜味剂在许多食品中被用作无卡路里的糖替代品,其消费量在过去几年中大幅增加。不久前,一篇发表在Nature Medicine杂志上的文章就揭示了常见人工甜味剂赤藓糖醇的危害。研究人员通过对美国和欧洲的 4000 多人进行研究,他们发现血液中赤藓糖醇水平较高的人发生心脏病、中风或死亡等重大心脏不良事件的风险更高。除赤藓糖醇外,三氯蔗糖也是一种常用的无卡路里甜味剂,比蔗糖甜约 600 倍,常用于饮料和食物中。最近的一些研究表明,三氯蔗糖可以通过影响微生物组来影响人类健康,但人们还不完全了解三氯蔗糖对身体的影响,也对食用某些甜味剂的长期安全性提出了担忧。2023 年 3 月 15 日,来自英国弗朗西斯克里克研究所等单位的研究团队在Nature发表了题为The dietary sweetener sucralose is a negative modulator of T cell-mediated responses的文章,在本研究中,他们发现,小鼠摄入高剂量的三氯蔗糖可通过限制 T 细胞增殖和 T 细胞分化而产生免疫调节的作用。在皮下肿瘤模型和细菌感染模型中,给予三氯蔗糖的小鼠的 C
「阿嚏!」又是一年花粉季,很多小伙伴可能面临花粉过敏的困扰。服用抗过敏药之后,过敏症状得到缓解,却会感到昏昏欲睡。这是为什么呢?原来抗过敏药物中含有抗组胺成分。当抗组胺药通过血脑屏障进入大脑,阻断中枢组胺受体,就会引起嗜睡。组胺(histamine,HA)作为体内一种重要的信号分子,广泛参与免疫、消化和神经信号调控。抗组胺药物常被用来缓解过敏,但其导致嗜睡的副作用引起科学家开始关注组胺在中枢神经系统中的功能。目前已知,组胺在中枢神经系统是调控睡眠觉醒的重要分子,其信号还参与学习记忆和摄食等重要行为,但其分子调控机制仍是未解之谜。为此,人们亟需发展灵敏、特异的工具用于高时空分辨率监测组胺动态变化。2023 年 3 月 15 日,北京大学李毓龙实验室在Neuron杂志在线发表研究论文,报道了一种新型基因编码的组胺探针 GRABHA的开发,并结合这一新工具深入探究了睡眠觉醒过程中组胺的动态调控。李毓龙实验室长期致力于系统性发展神经化学分子检测技术,先后开发了针对乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素、五羟色胺、嘌呤类、脂类和多肽类神经递质/调质的荧光探针,此次发表的 GRABHA 进一步拓展了 GR