代謝組學(xué)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)和飼料研究中應(yīng)用前景 課件

1、代謝組學(xué)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)和飼料研究中的應(yīng)用前景天津市畜牧獸醫(yī)研究所王文杰學(xué)科的發(fā)展生命現(xiàn)象蘊(yùn)含著海量的信息細(xì)胞基因蛋白質(zhì)三羧酸循環(huán)學(xué)科發(fā)展及關(guān)系生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展催生了生物信息學(xué)生物信息學(xué)bioinformatics 在生命科學(xué)研究中，以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索和分析的科學(xué)。 目前，生物信息學(xué)主要研究對(duì)象是基因的核酸序列和蛋白質(zhì)氨基酸序列數(shù)據(jù)。生物信系學(xué)發(fā)展歷程生物學(xué)中“組”的概念“組”來(lái)源于希臘語(yǔ)ome，意指所有、每個(gè)或全部；以它為后綴最初用于基因組genome，指一個(gè)物種的全部遺傳組成；自基因組學(xué)概念提出之后，帶組學(xué)（-omics）的概念已出現(xiàn)200多種。代謝組學(xué)的基本概

2、念代謝組學(xué)的創(chuàng)建普遍認(rèn)為代謝組學(xué)的概念是英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的Jeremy K，Nicholson教授于2019年首先提出來(lái)的。Nicholson因?yàn)樗诖x組學(xué)發(fā)展上的開拓性貢獻(xiàn)，被學(xué)術(shù)界公認(rèn)為代謝組學(xué)創(chuàng)始人（代謝組組學(xué)之父）。代謝組學(xué)的定義 目前國(guó)際上有兩種代謝組學(xué)定義。Nicholson等定義“生命體系對(duì)病理生理刺激或遺傳修飾所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)、多指標(biāo)代謝響應(yīng)的定量測(cè)定”為metabonomics。Oliver Fiehn定義“全面、定量分析生物體系中所有代謝物”為metabolomics。代謝組學(xué)的定義Metabonomics，國(guó)內(nèi)翻譯成代謝組學(xué)。對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行的整體和動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)，主要將核磁共振

3、技術(shù)應(yīng)用于健康與疾病研究，多以來(lái)自動(dòng)物的樣品為研究對(duì)象。Metabolomics，國(guó)內(nèi)翻譯成代謝物組學(xué)。強(qiáng)調(diào)分析而且是靜態(tài)的認(rèn)識(shí)概念，主要應(yīng)用色質(zhì)聯(lián)用等分析技術(shù)，多用于植物和微生物領(lǐng)域的研究。代謝組學(xué)的定義中科院大連化學(xué)物理研究所的許國(guó)旺研究員認(rèn)為上述兩者的研究對(duì)象都是代謝物，并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，它們都可稱為代謝組學(xué)。代謝組學(xué)的特點(diǎn)代謝組學(xué)是系統(tǒng)生物學(xué)重要組成部分。細(xì)胞內(nèi)許多生命活動(dòng)是發(fā)生在代謝物層面的，如細(xì)胞信號(hào)釋放，能量傳遞，細(xì)胞間通信等都是受代謝物調(diào)控的。代謝物更多地反映了細(xì)胞所處環(huán)境，這與細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、藥物和環(huán)境污染物的作用以及其它外界因素的影響密切相關(guān)。代謝組學(xué)的特點(diǎn)基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組

4、學(xué)告訴你什么可能會(huì)發(fā)生，而代謝組學(xué)則告訴你什么確實(shí)發(fā)生了?；蚝偷鞍妆磉_(dá)的微小變化在代謝物上會(huì)得到放大,使檢測(cè)更容易。代謝組學(xué)的研究方法真正意義的代謝組學(xué)研究。預(yù)處理和檢測(cè)技術(shù)需滿足高靈敏度、高選擇性和高通量的要求。需要對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。Oliver Fiehn代謝物分析4個(gè)層次代謝物靶標(biāo)分析。對(duì)個(gè)別特定組分分析。代謝輪廓分析。對(duì)預(yù)設(shè)組分的分析。代謝組學(xué)。特定樣品中所有代謝物分析。代謝指紋分析。比較代謝物指紋圖譜。代謝組學(xué)研究流程代謝組指一個(gè)細(xì)胞、組織或器官中所有代謝組分的集合，尤其指分子質(zhì)量為1,000以下的小分子物質(zhì)。代謝組學(xué)常用的分析手段核磁共振技術(shù)（NMR），能夠?qū)悠穼?shí)現(xiàn)非破壞性

5、、非選擇性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩爾范圍定量有機(jī)化合物的技術(shù)。缺陷是靈敏度相對(duì)較低, 不適合分析低濃度代謝物。色譜技術(shù)具有分離性能好、靈敏度高等特點(diǎn)，被廣泛用于復(fù)雜體系中的成分分析。但在色譜峰識(shí)別和方法的重現(xiàn)性方面仍存在難以克服的問(wèn)題。代謝組學(xué)常用的分析手段質(zhì)譜(MS)或與色譜聯(lián)用技術(shù)具有普適性、高靈敏度和特異性等特點(diǎn)，已經(jīng)在代謝組學(xué)研究中成為首選技術(shù)。更先進(jìn)的檢測(cè)方法是電噴霧四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜（Q-TOF）技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)定從小分子到生物大分子或不穩(wěn)定有機(jī)分子的分子量。數(shù)據(jù)分析 和其它組學(xué)研究一樣，處理、分析和管理代謝組學(xué)海量數(shù)據(jù)需要專門的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)工具。近年

6、來(lái), 一些分析儀器廠商和研究者們已開發(fā)出數(shù)十種代謝組學(xué)數(shù)據(jù)處理軟件。也有人開發(fā)了適合多種儀器的代謝組學(xué)分析軟件。代謝組學(xué)研究的主要應(yīng)用領(lǐng)域熱點(diǎn)年份代謝組學(xué)的相關(guān)高頻被引文章 ，這些文章影響著學(xué)術(shù)發(fā)展的潮流代謝組學(xué)的發(fā)展與藥物研究開發(fā)，被引28次；代謝組學(xué)在中醫(yī)藥復(fù)雜理論體系研究中的應(yīng)用 ，被引27次；大鼠肝郁脾虛證的代謝組學(xué)研究 ，被引10次。健康與疾病診斷中藥藥理、毒理藥效篩選醫(yī)學(xué)領(lǐng)域代謝組學(xué)有望徹底揭開中藥的奧秘營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域膳食營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)臨床營(yíng)養(yǎng)貓的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)和飼料研究中的應(yīng)用前景在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中的應(yīng)用前景營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的是生命體攝取、消化、吸收、轉(zhuǎn)化和利用環(huán)境中外源有用物質(zhì)來(lái)維持基本生命活動(dòng)

7、，進(jìn)行細(xì)胞或機(jī)體生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖，合成排出體外物質(zhì)和修補(bǔ)組織等過(guò)程，以闡明生命活動(dòng)的本質(zhì)，并通過(guò)營(yíng)養(yǎng)過(guò)程的調(diào)控來(lái)維持生物系統(tǒng)的平衡。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中的應(yīng)用前景在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的生理、生化機(jī)制是最基本和重要的研究?jī)?nèi)容。代謝組學(xué)可以為我們的研究工作提供一些新的技術(shù)路線，以達(dá)到以前難以實(shí)現(xiàn)的目的。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中的應(yīng)用前景代謝組學(xué)可應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)調(diào)控機(jī)理研究。諸如環(huán)境條件變化、營(yíng)養(yǎng)供給量和飼養(yǎng)管理方案等因素引起的動(dòng)物體內(nèi)代謝變化都可以用代謝組學(xué)方法來(lái)深入闡明。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中的應(yīng)用前景可以用代謝組學(xué)方法考察營(yíng)養(yǎng)供給量對(duì)免疫機(jī)能的影響，揭示營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝機(jī)理，對(duì)營(yíng)養(yǎng)素缺乏或過(guò)剩造成的危害

8、進(jìn)行機(jī)理分析。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中的應(yīng)用前景代謝組學(xué)更有可能的用途是動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要的輔助評(píng)價(jià)。用代謝組學(xué)的方法構(gòu)建基于代謝標(biāo)志物參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)需要量評(píng)估模型，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物法以實(shí)現(xiàn)大量重復(fù)數(shù)據(jù)的采集與分析，為精細(xì)養(yǎng)殖技術(shù)提供新的技術(shù)支持。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中的應(yīng)用前景特殊狀態(tài)下的營(yíng)養(yǎng)需要評(píng)估，更需要代謝組學(xué)這樣的工具。如熱應(yīng)激狀態(tài)下奶牛維生素需要量基于代謝組學(xué)的評(píng)估模型。代謝組學(xué)對(duì)建立動(dòng)態(tài)營(yíng)養(yǎng)需要評(píng)價(jià)體系會(huì)非常有幫助。在飼料研究中的應(yīng)用前景代謝組學(xué)可以應(yīng)用于天然物等新添加劑作用機(jī)制研究。來(lái)自飼用或藥用植物的提取物中有效成分多數(shù)為小分子物質(zhì)，通常稱為植物源小分子物質(zhì)，其生理作用與中藥相同。研究它們的生理作

9、用及其代謝機(jī)制，采用藥物研究中代謝組學(xué)方法和思路是非常合適的。在飼料研究中的應(yīng)用前景對(duì)飼用微生物在腸道定植和繁殖成優(yōu)勢(shì)菌群的最有效的評(píng)價(jià)，代謝組學(xué)方法有不可替代的優(yōu)勢(shì)。它能直接反映出動(dòng)物體內(nèi)代謝過(guò)程對(duì)益生菌的生理效應(yīng)，這有利于揭開益生菌催促生長(zhǎng)的機(jī)制之謎。在飼料研究中的應(yīng)用前景對(duì)有毒飼料及其解毒方法、新飼料或新飼料添加劑和受污染的飼料需要進(jìn)行毒理學(xué)試驗(yàn)以評(píng)價(jià)它們對(duì)飼喂動(dòng)物的安全性和對(duì)人類動(dòng)物源性食品的安全性。以往三致試驗(yàn)是建立在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)生物學(xué)基礎(chǔ)上的評(píng)價(jià)方法，需要很長(zhǎng)的周期，對(duì)毒物的代謝機(jī)制有時(shí)并不清楚，代謝組學(xué)正好可以彌補(bǔ)它們的缺陷。在飼料研究中的應(yīng)用前景研究飼料加工方法對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率影

10、響也可以借助代謝組學(xué)方法。飼料經(jīng)過(guò)加工之后，其營(yíng)養(yǎng)成分含量及其可消化性、抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用程度都會(huì)有所變化。如維生素等熱敏感物質(zhì)在經(jīng)過(guò)加工（如膨化、高壓、微波等）處理后會(huì)有所損失，大豆等飼料中的血球凝集素、胰蛋白酶抑制因子等會(huì)遭到不同程度的破壞，這些都會(huì)引起飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和安全性的變化。在飼料研究中的應(yīng)用前景飼料經(jīng)不同加工條件（方法、參數(shù)）處理后，用代謝組學(xué)方法研究進(jìn)食這種飼料與進(jìn)食未加工的飼料動(dòng)物代謝反應(yīng)的效應(yīng)，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)加工方法的優(yōu)劣。特別是有毒飼料脫毒加工方法的效果評(píng)價(jià)更適合采用代謝組學(xué)的方法來(lái)進(jìn)行研究。在飼料研究中的應(yīng)用前景代謝組學(xué)用于飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的輔助評(píng)價(jià)。飼料凈能評(píng)價(jià)體系是最接近動(dòng)物真實(shí)需要的理想的能量評(píng)定方法。然而，測(cè)定飼料凈能值是非常繁瑣的事情，甚至需要使用造價(jià)昂貴的呼吸測(cè)熱系統(tǒng)，測(cè)定成本高，大量重復(fù)分析需要消耗很大的人力財(cái)力，同時(shí)仍然擺脫不了動(dòng)物個(gè)體差異造成的“測(cè)不準(zhǔn)”現(xiàn)象。在飼料研究中的應(yīng)用前景代