在这篇文章中，公司的加入并没有得到AAAS或Science的认可，也不意味着他们的产品或服务优于其他公司。
加拿大阿尔伯塔大学生物科学与计算科学教授David Wishart说，我们只是一堆化学反应，所以基因组和蛋白质组进化来支持代谢组，而不是相反。Wishart说:“代谢组学比其他的‘经济学方法’提供了一种更直接的生理测量方法。”代谢组在转录组或蛋白质组前对营养、应激或疾病作出反应。这使得代谢组学对多个领域具有吸引力:环境毒理学、进化和发展、疾病诊断和治疗反应，以及药物、杀虫剂和除草剂的发展。代谢变化分析通过揭示基因变化如何影响通路和产品来分析艾滋病合成生物学家。
代谢组学是“组学家族”中最年轻的领域，发展迅速。2014年，国际代谢组学会在日本同城举行了第10届年会，第一次会议:鹤冈。“第一年，我们有大约150人，”墨尔本大学(University of melbourne副教授)和澳大利亚大学(University of The metabolomics)澳大利亚大学(University of The metabolomics)的负责人乌特·罗瑟纳(Ute Roessner)说。“今年我们有超过500名注册者。代谢组学正在成为每一个研究者的工具箱。年轻的研究人员现在经常做代谢组学作为他们博士的一部分。
代谢组学面临的主要挑战来自它的优势。代谢组数据很强大，因为生物体有很多代谢产物，包括相关的前体、衍生物和降解产物，其浓度变化迅速。这种复杂性要求复杂的分离和检测方法。“代谢组学”(metabolomics)包括对lipids的分析，这是一个潜力巨大的发展领域，Thermo Fisher Scientific的战略营销经理Yingying Huang表示。“血脂学与心血管疾病、癌症、糖尿病和肥胖有直接关系，”她说，“但是脂质在结构和浓度上有巨大的多样性，在人体中有10个数量级。”许多生理上的脂质和其他代谢产物共用一种化学成分，不同的是，加州大学戴维斯分校教授和西海岸代谢组学中心主任奥利弗·菲恩(Oliver Fiehn)称其为“异构体的科学”。
仪器决策树
对代谢组学的兴趣上升，促使分子分离和检测设备的供应商开发硬件、软件，并特别支持代谢组学。研究人员现在有了一个复杂的决策树，在将这项技术添加到他们的实验室时进行导航。第一个分支是无目标分析和目标分析。这种无目标的方法收集所有可能的化合物的数据。有针对性的分析集中在已知的化合物上，通常用来量化变化，例如对压力或疾病的反应。
核磁共振(NMR)光谱学对于有针对性的分析尤其有效，因为它是定量的、可复制的，适用于血液、尿液或组织提取物等复杂样本，很少或根本没有加工。芬兰奥卢大学(University of Oulu)分子流行病学主管彼得?伍茨(Peter Wurtz)最近合着了一篇论文，用Bruker工具对成千上万的爱沙尼亚和芬兰生物银行样本应用了NMR代谢组学。研究小组发现，四种生物标志物结合在一起，与所有原因导致短期死亡的风险增加密切相关。这项研究是观察性的，没有任何机制的探索，但显示了NMR对生物标志物分析的力量。然而，使用NMR对代谢组学是有限的，因为它的灵敏度比更受欢迎的代谢组学方法要低得多:质谱(MS)。
女士需要样品处理。化合物通常是电离的，通常经过分离，气相色谱(GC)和液相色谱(LC)是最常用的方法。毛细管电泳(CE)可以很好地分离出极性代谢物，并能与单个细胞的样品一样使用。ce - ms是人类代谢组技术(HMT)的一种专业，但也有一些人提供，如Agilent和AB SCIEX。然而，该公司的metabolomics项目经理Theodore Sana说，CE需要专门的专业知识和强大的软件来解释迁移时间的漂移。
gc - ms能够有效地解决挥发性的化合物，或者可以通过衍生品如初级中央代谢的小分子来挥发。lc - ms特别适用于大型、热不稳定的有机分子，包括许多次生代谢产物、更大的碳水化合物和脂类。像超细液相色谱(UPLC)这样的先进技术，最初是由水超临界流体色谱和离子迁移分离技术发展而来的，它提高了速度和分离能力，包括非极性分子和具有许多异构体和类似脂类等异象物的化合物。分离方法与质量分析仪的选择相结合，例如飞行时间(TOF)检测MS，它速度快，分辨率高，质量范围大。添加四极或线性离子陷阱可以选择在电离过程中产生的特定化合物或片段。一旦研究人员整理了他们的代谢组学的优先级，他们就可以在购买设备和发送样本到服务之间做出选择。
供应商和服务选项
Agilent提供gc - ms、lc - ms、ce - ms和NMR仪器。“我们处于独一无二的地位，从一个供应商提供所有这些技术，”Sana说，“包括硬件、软件和技术支持。”(Shimadzu还提供了多个系统，研究人员建议这些系统是廉价的启动装置。)用户们称赞他们的直觉软件，Sana证实这是公司的优先事项。一个例子是Agilent genespring - mass Profiler专业软件，用于综合分析多个“组”数据。“GeneSpring让你从RNA、蛋白质和代谢物中获取不同的数据，并动态地将它们映射到像KEGG(一种代谢通路工具)这样的生物路径上，”Sana说。GeneSpring支持来自其他供应商平台的预处理结果，例如电子表格。Sana说，用一种途径工具来观察大量的实验结果，有助于收集生物的真知灼见，并计划后续的实验。
AB SCIEX专门研究lc - ms仪器，研究人员对快速数据采集、出色的动态范围、定量和准确的质量能力(通常定义为每百万分之五的精度)表示赞赏。该公司还提供CE和离子移动选项。对于代谢组学，AB SCIEX推荐了三重TOF和QTrap系统。“我们的三重TOF是一个高分辨率、准确的质量和定量分析工具，适用于发现代谢组学，”高级市场经理Fadi Abdi说。“Qtrap是针对敏感、有针对性、定量的工作流的。“三重TOF系列的高采集速度允许同步MS和串联MS(MS - MS)在LC timescale中进行单次注射，Abdi解释，用于识别、确认和量化化合物。”Qtrap多重反应监测提供了由MS连续生成的父类和片段的数据，简化了数据处理，并使研究人员对他们的数据有信心，metabolomics的工作人员Baljit Ubhi说，他是AB SCIEX的lipidomics应用程序。
寻找广泛的代谢物覆盖的研究人员可以考虑将高分辨率的lc - ms系统与来自LECO的高分辨率gc - ms系统结合在一起。该合作伙伴为客户提供“最好的两种技术”，营销技术的LECO主管Jeff Patrick说。这些软件包包括来自Genedata的软件，集成了两个平台的数据进行综合的代谢组学分析。
其他受欢迎的、用途广泛的lc - ms选择是Thermo Fisher科学的基于轨道的仪器。黄说，轨道器质量分析仪通常用于蛋白质组学，但高分辨能力在与高级分离系统(如UPLC)相结合时尤其适用于代谢组学。并行检测消除了多次运行以获得更快的样本分析。热电科学系列中最新的一种系统是用三种质量分析仪进行的轨道热核聚变试验。在LC分离后，在随后的绕行和线性离子阱中，在四极子中进行采样滤波，并进行并行分析。黄教授说，Tribrid系统的设计初衷是为研究人员提供灵活性和准确的质量能力。
Thermo Fisher,AB SCIEX和Bruker也提供成像MS的仪器，也称MALDI成像。Roessner解释说，这种方法克服了代谢组学的局限:代谢分析通常是在均质样本或提取物上进行的，但特殊的细胞和组织具有不同的代谢特征。成像MS提供了从薄组织切片的代谢物空间分布的数据，例如从器官或植物组织中。这一过程是激光解吸由基质处理的样品到电离化合物，然后由ms重建的二维图像分析，提供了在组织中代谢产物的位置。
“现在还早，但这是一种令人兴奋的方法，”Roessner说，他使用一个Bruker系统来进行这项技术。“它可以用于观察肝脏样本中与药物相关的代谢物的分布，也可以观察环境刺激后组织中代谢产物分布的变化。”黄说:“Thermo Scientific Orbitrap对这种方法是有利的。”“因为离子来自于没有LC分离的组织，所以你需要像Orbitrap这样的超高分辨率的仪器。”
研究人员还没有准备好购买一个系统或者更喜欢服务的便利性，他们有几个选择。Biocrates和metabolon在全球范围内提供了metabolomic分析。metabolon也参与了大型的长期合作，如Craig Venter的人类长寿项目，Chris Bernard,metabolon高级副总裁，销售和营销。伯纳德说，合作对metabolon很重要，因为它看到了metabolomics实际上是如何实现的，以及它是如何在一系列项目中使用的。
科学家们对NMR metabolomics的优点感兴趣，即在没有标准曲线、样本保存和最小样本处理的情况下，对所有具有结构信息的代谢物的检测都有可能受到启动成本的阻碍。研究人员可以通过服务访问这种方法，例如来自Chenomx的例子。沃茨和他的同事们还通过Brainshake提供NMR代谢组服务和协作，他们利用NMR进行生物标记研究，并将代谢组学数据与基因组关联研究联系起来，将基因变异与疾病风险联系起来。
metabolomics服务越来越多地通过国家和学术核心设施提供。在澳大利亚，Roessner建立了政府资助的首批国家代谢组学服务设施之一。加拿大也在资助国家代谢组学计划，其他国家也在效仿。在美国。自2012年以来，国家卫生研究院(NIH)共同基金一直在建立区域代谢组学核心。Fiehn领导西海岸项目。他说:“这些核心增加了学者和行业的代谢组学能力和服务，他们有不同的专业，比如肯塔基中心的代谢通量和北卡罗莱纳的NMR。NIH的核心设施也为新到代谢组学的科学家提供短期课程。
下一个挑战
当被问及代谢组学面临的主要挑战时，研究人员和供应商始终提出三个问题:确定未知因素，开发标准化的数据存储库，如基因组资源基因库，以及代谢组学和其他系统性数据的集成。
“MS非常敏感，我们有很多化合物，我们不知道它们都是什么，”Wishart说。为了帮助研究人员进行代谢物鉴定，安捷伦用基于ms的技术对gc - ms和lc - ms光谱库进行了代谢物鉴定。LECO提供了一个GC - tof库，Patrick说可以使用任何GC数据，尽管它是为LECO工具优化的。LECO目前正在探索在高分辨率精确的大众图书馆合作的机会。
Wishart指出，大多数的未知因素是代谢物的代谢物:“分解产物和由酶或微生物活动改变的分子。这种分子相似性是识别它们的关键。Fiehn集团开发了几个商业可用的MS库，也在生产虚拟图书馆。从已知化合物的光谱数据开始，研究人员预测了类似或修改的变种的光谱。LipidBlast是Fiehn集团的免费下载ms - ms虚拟光谱库，用于20多万个lipids。
为了满足搜索能力和数据集成的挑战，metabolomics社区有几个创建数据存储库的计划。例如，在英国的metabolights，由欧洲宇宙(metabOlomicS)的标准协调支持，开发了代谢组学数据标准，以及metabOlomicS工作台，它的目标是为nih资助的代谢组学项目提供数据库。Thermo Fisher在mzcloud.org上与Fiehn合作，这是一个免费的社区数据库，其中包括了真实的和虚拟的MS光谱，这些光谱是由未知的化合物组成的，它们被识别出来。
即使在metabolomics社区有数据库来控制其数据之后，帕特里克指出，“系统生物学的一个主要挑战是生物推理”——给大量数据提供上下文和意义。他说，解决方案是软件，它正在推动代谢组学的发展。伯纳对此表示赞同，他说，metabolon的客户的头号要求是帮助理解结果的生物学意义。“MS对于生成数据很好，”他说。“挑战在于将信号与噪音分开:85%的MS数据点是噪音。”“该公司的客户可以访问metaboLync门户包括一系列代谢产物与比较他们的样品内部图书馆自动验证代谢物鉴定的超过14000种化合物,伯纳德说,并补充说最强大的门户的功能是能够想象和探索数据通路水平。
随着该领域的发展，供应商和服务提供商迫切希望与用户合作并听取他们的代谢组学研究，不仅是为了销售，而且是为了保持当前的状态。“我们与几名调查人员密切合作，”Sana说。研究人员经常是推动代谢组学的新思路的来源。
