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高分秘籍 | 做代谢流已成高分潮流, BIOTREE代谢流助力高分文章

分类:公司动态   发布时间 2021-07-03   阅读: 447

代谢流组学(Fluxomics)是在传统代谢组学基础上演进的新技术,百趣生物BIOTREE提供非靶标代谢流靶标代谢流分析。非靶标代谢流可以研究代谢流量随时间的动态变化规律,不限于特定的代谢通路;靶标代谢流主要针对能量代谢相关的三条代谢通路(糖酵解途径EMP,TCA循环,戊糖磷酸途径PPP)。


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新技术摆脱传统代谢组学限制


代谢流组学(Fluxomics)是在传统代谢组学(反映静态的代谢物含量信息)基础上演进的新技术,基于13C或者15N标记的代谢流量分析方法通过分析下游代谢产物的稳定同位素标记模式,全面研究代谢物的生成消耗流率(flux rates),真实描述细胞在生理过程中的代谢活性。


图1. 癌细胞发生代谢重编程

图1. 癌细胞发生代谢重编程


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高分文章新策略

稳定同位素追踪代谢流通过计算代谢物反应速率真实客观的反应机体代谢状态,挖掘被传统静态代谢组学掩盖的真实代谢速率。是许多CNS顶刊杂志的新宠,俨然已经成为肿瘤和免疫研究领域的标准配置。

代谢流高分文章新策略

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应用方向

1. 受试者以胶囊形式摄入同位素标记的d6-胆碱和d3-肉碱,监测膳食红肉、白肉和非肉类蛋白对TMAO代谢的效应,及患动脉粥样硬化、血栓症、心力衰竭等心脏病并发症风险。

European Society of Cardiology,2018.   IF=23.425

2. 针对肿瘤的代谢异质性(Metabolic heterogeneity)难题,鉴定不同肿瘤群体对代谢通路的依赖性差异,寻找其代谢弱点(Metabolic vulnerability),进而遴选不同的肿瘤患者群体,选择合适的代谢抑制剂进行个体化治疗。

Nature communications,2019.   IF=12.121

3. 乏氧条件下肿瘤细胞中谷氨酰胺碳氮协同代谢的排氨替代途径,为肿瘤临床诊疗提供了潜在的生物标记物和治疗靶点。

Nature communications,2019.   IF=12.121

Nature communications,2019.   IF=12.121

4. 系统地研究了脂多糖激活磷酸戊糖途径、丝氨酸合成途径和一碳代谢如何协同支持免疫代谢物S-腺苷甲硫氨酸 (SAM) 的产生,揭示一碳代谢调控炎症性巨噬细胞活化的免疫代谢新机制。

Molecular Cell, 2019.   IF=15.584

Molecular Cell, 2019.   IF=15.584

5. 网络模型和细胞外代谢物测量建立初始通量图,提高基因工程菌目标代谢产物。

Biotechnology Journal , 2011.   IF=6.183

Biotechnology Journal , 2011.   IF=6.183

6. 用13CO2对拟南芥植物进行活体同位素标记,估算了整个叶片光合代谢通量。

PNAS, 2014.   IF=9.4

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BIOTREE代谢流助力高分文章

BIOTREE提供非靶标代谢流和靶标代谢流分析。非靶标代谢流可以研究代谢流量随时间的动态变化规律,不限于特定的代谢通路;靶标代谢流主要针对能量代谢相关的三条代谢通路(糖酵解途径EMP,TCA循环,戊糖磷酸途径PPP)。

BIOTREE代谢流助力高分文章

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非靶标代谢流解决方案

非靶标代谢流不局限于特定的代谢通路,可以帮助我们解决如下问题。

①同位素追踪动态变化的代谢物丰度信息,挖掘被传统静态代谢组学掩盖的真实代谢通量信息;

②将推荐注释同位素代谢物映射到KEGG通路图中,无偏向性的检测同位素体在生物体内的全部传递情况;

③通过整合多条代谢网络之间的相互作用,推算出该化合物在细胞内代谢通路中的周转速率、方向和分布规律,区分多条代谢通路对细胞整体代谢的相对贡献及其相互调控规律;

④将推荐注释代谢物映射到KEGG反应网络中,深度挖掘代谢反应,发现现有代谢途径未被发现的新的功能性信息。

图3. 同一代谢终产物来源于多条代谢通路,戊糖磷酸途径(PPP,橙色点)、线粒体代谢途径(灰色点)和嘧啶途径与己糖胺生物合成途径(HBP,紫色点)通路整合


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靶标代谢流解决方案

糖酵解途径(EMP)是指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的阶段,是体内糖代谢最主要途径。此途径在动植物和许多微生物中普遍存在。在需氧生物中,糖酵解途径是葡萄糖氧化生成二氧化碳和水的前奏。糖酵解生成的丙酮酸可进入线粒体,通过三羧酸循环(TCA)及电子传递链彻底氧化成二氧化碳和水,并生成腺嘌呤核苷三磷酸。

三羧酸循环是(TCA)需氧生物体内普遍存在的代谢途径,是生物机体获取能量的主要方式,是糖,脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径,是体内三种主要有机物互变的中心枢纽。

磷酸戊糖途径(PPP)是葡萄糖氧化分解的一种方式,在动物、植物和微生物中普遍存在。在生物体内磷酸戊糖途径(PPP)除了提供能量外,主要是为合成代谢提供多种原料。如为脂肪酸、胆固醇的生物合成提供还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH);为核苷酸辅酶、核苷酸的合成提供5-磷酸核糖;为芳香族氨基酸合成提供4-磷酸赤藓糖。

图4. 关注能量代谢途径靶标代谢流推荐[U-13C]glucose作为标记底物


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参考文献

  1. Impact of chronic dietary red meat, white meat, or non-meat protein on trimethylamine N-oxide metabolism and renal excretion in healthy men and women. European Society of Cardiology, 2018.

  2. Identification of metabolic vulnerabilities of receptor tyrosine kinases-driven cancer. Nature communications, 2019.

  3. Coordinative metabolism of glutamine carbon and nitrogen in proliferating cancer cells under hypoxia. Nature communications, 2019.

  4. One-Carbon Metabolism Supports SAdenosylmethionine and Histone Methylation to Drive Inflammatory Macrophages. Molecular Cell, 2019.

  5. Ex vivo and in vivo stable isotope labelling of central carbon metabolism and related pathways with analysis by LC–MS/MS. Nature protocols, 2019.

  6. Isotope Tracing Untargeted Metabolomics RevealsMacrophage Polarization-State-Specific Metabolic Coordination across Intracellular Compartments. iscience, 2018.

  7. mTORC1-Dependent Metabolic Reprogramming Underlies Escape from Glycolysis Addiction in Cancer Cells. Cancer Cell, 2016.

  8. Isotopically nonstationary 13C flux analysis of changes in Arabidopsis thaliana leaf metabolism due to high light acclimation. PNAS, 2014.  

  9. Towards dynamic metabolic flux analysis in CHO cell cultures. Biotechnology Journal , 2011.