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高分秘籍 | 做代謝流已成高分潮流, BIOTREE代謝流助力高分文章

分類:公司動態   發布時間 2021-07-03   閱讀: 599

代謝流組學(Fluxomics)是在傳統代謝組學基礎上演進的新技術,百趣生物BIOTREE提供非靶標代謝流靶標代謝流分析。非靶標代謝流可以研究代謝流量隨時間的動態變化規律,不限于特定的代謝通路;靶標代謝流主要針對能量代謝相關的三條代謝通路(糖酵解途徑EMP,TCA循環,戊糖磷酸途徑PPP)。


01

新技術擺脫傳統代謝組學限制


代謝流組學(Fluxomics)是在傳統代謝組學(反映靜態的代謝物含量信息)基礎上演進的新技術,基于13C或者15N標記的代謝流量分析方法通過分析下游代謝產物的穩定同位素標記模式,全面研究代謝物的生成消耗流率(flux rates),真實描述細胞在生理過程中的代謝活性。


圖1. 癌細胞發生代謝重編程

圖1. 癌細胞發生代謝重編程


02

高分文章新策略

穩定同位素追蹤代謝流通過計算代謝物反應速率真實客觀的反應機體代謝狀態,挖掘被傳統靜態代謝組學掩蓋的真實代謝速率。是許多CNS頂刊雜志的新寵,儼然已經成為腫瘤和免疫研究領域的標準配置。

代謝流高分文章新策略

03

應用方向

1. 受試者以膠囊形式攝入同位素標記的d6-膽堿和d3-肉堿,監測膳食紅肉、白肉和非肉類蛋白對TMAO代謝的效應,及患動脈粥樣硬化、血栓癥、心力衰竭等心臟病并發癥風險。

European Society of Cardiology,2018.   IF=23.425

2. 針對腫瘤的代謝異質性(Metabolic heterogeneity)難題,鑒定不同腫瘤群體對代謝通路的依賴性差異,尋找其代謝弱點(Metabolic vulnerability),進而遴選不同的腫瘤患者群體,選擇合適的代謝抑制劑進行個體化治療。

Nature communications,2019.   IF=12.121

3. 乏氧條件下腫瘤細胞中谷氨酰胺碳氮協同代謝的排氨替代途徑,為腫瘤臨床診療提供了潛在的生物標記物和治療靶點。

Nature communications,2019.   IF=12.121

Nature communications,2019.   IF=12.121

4. 系統地研究了脂多糖激活磷酸戊糖途徑、絲氨酸合成途徑和一碳代謝如何協同支持免疫代謝物S-腺苷甲硫氨酸 (SAM) 的產生,揭示一碳代謝調控炎癥性巨噬細胞活化的免疫代謝新機制。

Molecular Cell, 2019.   IF=15.584

Molecular Cell, 2019.   IF=15.584

5. 網絡模型和細胞外代謝物測量建立初始通量圖,提高基因工程菌目標代謝產物。

Biotechnology Journal , 2011.   IF=6.183

Biotechnology Journal , 2011.   IF=6.183

6. 用13CO2對擬南芥植物進行活體同位素標記,估算了整個葉片光合代謝通量。

PNAS, 2014.   IF=9.4

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BIOTREE代謝流助力高分文章

BIOTREE提供非靶標代謝流和靶標代謝流分析。非靶標代謝流可以研究代謝流量隨時間的動態變化規律,不限于特定的代謝通路;靶標代謝流主要針對能量代謝相關的三條代謝通路(糖酵解途徑EMP,TCA循環,戊糖磷酸途徑PPP)。

BIOTREE代謝流助力高分文章

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非靶標代謝流解決方案

非靶標代謝流不局限于特定的代謝通路,可以幫助我們解決如下問題。

①同位素追蹤動態變化的代謝物豐度信息,挖掘被傳統靜態代謝組學掩蓋的真實代謝通量信息;

②將推薦注釋同位素代謝物映射到KEGG通路圖中,無偏向性的檢測同位素體在生物體內的全部傳遞情況;

③通過整合多條代謝網絡之間的相互作用,推算出該化合物在細胞內代謝通路中的周轉速率、方向和分布規律,區分多條代謝通路對細胞整體代謝的相對貢獻及其相互調控規律;

④將推薦注釋代謝物映射到KEGG反應網絡中,深度挖掘代謝反應,發現現有代謝途徑未被發現的新的功能性信息。

圖3. 同一代謝終產物來源于多條代謝通路,戊糖磷酸途徑(PPP,橙色點)、線粒體代謝途徑(灰色點)和嘧啶途徑與己糖胺生物合成途徑(HBP,紫色點)通路整合


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靶標代謝流解決方案

糖酵解途徑(EMP)是指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的階段,是體內糖代謝最主要途徑。此途徑在動植物和許多微生物中普遍存在。在需氧生物中,糖酵解途徑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進入線粒體,通過三羧酸循環(TCA)及電子傳遞鏈徹底氧化成二氧化碳和水,并生成腺嘌呤核苷三磷酸。

三羧酸循環是(TCA)需氧生物體內普遍存在的代謝途徑,是生物機體獲取能量的主要方式,是糖,脂肪和蛋白質三種主要有機物在體內徹底氧化的共同代謝途徑,是體內三種主要有機物互變的中心樞紐。

磷酸戊糖途徑(PPP)是葡萄糖氧化分解的一種方式,在動物、植物和微生物中普遍存在。在生物體內磷酸戊糖途徑(PPP)除了提供能量外,主要是為合成代謝提供多種原料。如為脂肪酸、膽固醇的生物合成提供還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH);為核苷酸輔酶、核苷酸的合成提供5-磷酸核糖;為芳香族氨基酸合成提供4-磷酸赤蘚糖。

圖4. 關注能量代謝途徑靶標代謝流推薦[U-13C]glucose作為標記底物


07

參考文獻

  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.


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