质谱准确定量

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 随着人类基因组计划工作的完成，生物医学研究进入“后基因组时代”，科研界将关注点拓展至基因型与表型的关联。随着基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学等研究方法的不断发展及相关研究的深入，“表型组及表型组学”的概念应运而生。相对于基因组学，人们对表型组学还比较陌生。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 那么，表型组学是如何诞生的？其研究对于生命科学的意义是什么？其中代谢分子表型的主要研究内容有哪些？带着这些问题，近期仪器信息网编辑特别采访了复旦大学人类表型组研究院的唐惠儒教授，与他进行了深入的交谈。 /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 363px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/6e729c87-2c2e-49ba-b879-bad859b9228c.jpg" title=" 唐惠儒.jpg" alt=" 唐惠儒.jpg" width=" 300" height=" 363" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " 复旦大学人类表型组研究院唐惠儒教授 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 表型组学与“国际人类表型组计划” /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 表型组是生物体形态、功能、行为、分子组成规律等所有生物学性状的集合，是生物体内除基因组外的另一半生命密码。表型组研究贯穿微观和宏观表型，研究基因与环境因素相互作用而影响表型形成的原理机制，寻找健康特征及疾病发生发展的表型组规律，为生物医学研究及应用提供新突破口。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 相较于其他组学，表型组学是如何诞生的呢？唐教授娓娓道来：“回顾生命科学过去上百年的研究历程，其主要目标是要回答一个问题，即基因与表型的关系。早期，人们只聚焦一个表型对应一个基因，或者一个基因对应一个表型。然而诸多研究发现，一个基因可以对应多个表型，反之，一个表型也可以与多个基因有关。因此，生命科学研究的关键问题之一，便成为‘多个基因（基因组）与多个表型（表型组）’的关联规律。表型组包括宏观与微观表型，宏观表型必定有内在的微观表型（如分子表型），而分子表型则包括蛋白质组、代谢组等信息。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 那么，基因与表型的关系受到哪些因素影响？唐教授举了个例子：人类学研究早就告诉我们人类起源于非洲。然而，前往欧洲和来到亚洲的人类却在外观上（即宏观表型）呈现显著的差别。换言之，迁徙至欧洲和亚洲并在当地繁衍生息的过程中，人类的面部结构、身体结构等都或多或少发生了改变，这是为何？“这应该与环境因素影响有关”。唐惠儒教授表示：“表型组正是由基因组和环境因素相互作用形成的，而两者具体如何相互作用，目前尚不十分清楚，也恰好是我们想要解析和搞明白的问题。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 在科学家多年反复研究论证的基础上，“国际人类表型组计划（一期）”项目于2017年正式在上海启动。该项目由复旦大学联合中科院上海生命科学研究院、上海交通大学、上海市计量测试技术研究院等共同承担，是上海首批市级科技重大专项之一，国内外百余名科学家已经投身其中。项目将针对人类表型组在物理、化学和生物功能等多个层面的跨尺度、多维度特点，建立配套研究平台，制定我国人群的表型组标准化技术体系，构建中国健康人群表型图谱及数据库。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 解答基因和表型的内在机制 聚焦代谢分子表型解析 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " “我们目前的核心任务是研究分子表型，通过与其它微观表型组及宏观表型组的相关性定量分析，解析内在机制，深入认识宏观表型由哪些分子表型导致，也用分子表型预测未来将有怎样的宏观表型。”唐惠儒教授说到，复旦大学十多年来逐步建立了20余万人的泰州纵向人群队列并持续跟踪研究，发展了人类表型测量的系列技术方法与表型检测技术。事实上，研究院相关的研究还在继续进行着。”唐惠儒教授告诉编辑，一期计划的第一个目标就是要明确“健康人”的定义。如何定义“健康”，我们首先需要“测量健康”，通过大队列获得健康人群的分子表型图谱。为实现这个目标，需要建立2万个以上表型组相关的可定量检测指标，便于更精确地描绘人体的整体状态。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " “我的团队主要研究对象是代谢表型组，也就是小分子代谢物的定量组成及变化规律。通过结合核磁共振波谱、质谱及量子化学计算等多种技术，我们能够准确测量人类血液、尿液和唾液等样品中代谢物的绝对结构，定量它们的浓度及其变化规律。”唐惠儒教授透露其目标是定量测量2000-3000种小分子代谢物，当然该种类数还有望进一步突破。显而易见，新技术方法体系是实现目标的基础。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 量体裁衣 打造精准测量质谱平台 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 由于不同的分析技术各有利弊，且代谢组异常复杂，单一工具并不能满足绝对定性和绝对定量的要求。因此，发展建立适合该研究目标的代谢表型组定量测量和分析新技术体系，极具挑战但必不可少。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 不久前，Nature杂志发表了唐惠儒教授课题组与徐国良院士团队等的合作研究成果。他们建立了准确鉴定微量完全未知代谢物绝对结构的新技术，并使用该技术确定了两个完全未知的微量物质绝对结构，发现了一种全新的核酸修饰，进而阐明了修饰机制与可能的功能。该技术大大降低了准确鉴定小分子物质绝对结构的所需样品量，突破了10微克瓶颈，解决了代谢表型组精准分析面临的其中一个挑战。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 为满足代谢分子表型精准定量的需求，研究院“量身定制”了代谢组分析的专用质谱平台。唐惠儒教授表示：“就代谢组精密测量而言，我们的核心目标是方法的稳、准、敏、快、简。质谱仪器的灵敏度、稳定性是我们优先考虑的关键指标。超灵敏、超高通量的测量方法更是我们工作的‘刚需’。我们的研究涉及数十万份样本，任何分析时间的节约、效率的提高、成本的降低都是十万分重要的。基于这一系列考虑并通过实际样品的系统而严苛实验评判，我们设计并引进了多台套质谱仪建成了硬件平台。” /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 258px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/aaae9239-a256-4a8a-890f-9b22ffc389db.jpg" title=" 实验室.jpg" alt=" 实验室.jpg" width=" 600" height=" 258" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 复旦大学人类表型组研究院精准定量质谱平台 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " “在这个平台上，我们研发所需技术和方法。譬如，我们开发的方法在10分钟内能够测得2000多种代谢物的绝对浓度（单位为微摩尔每升），所有代谢物的定量灵敏度达到亚飞摩尔量级。这些技术的突破，也能够在更为广泛的领域推广应用。”唐惠儒教授说。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " “我们研发的技术必将挑战当今最优秀仪器的性能极限，对仪器提出全新要求并倒逼仪器硬件能力的提升，进而推动我们研究的深入，使仪器技术与分析方法再出现‘质的飞跃’。”唐惠儒说，“上述两方面的相互促进与推动，也是中国科学家团队和仪器公司合作的现实需求与潜在方向，我们期待着这样的深入合作携手与共同发展。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 代谢组学发展“日新月异” 光明未来值得期待 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 唐惠儒教授深耕代谢研究领域三十余年，他认为，“代谢组学从1999年诞生至今，经历了21个春秋。这个依然朝气蓬勃的学科发展迅猛。虽然我国的代谢组学研究略晚于国际同行，但经过全国一批优秀科学家们的勤勉努力，发展迅速且成绩卓著。目前的我国的代谢组学研究水平已经在很大程度上‘比肩’国际水平。当然，我国的代谢组学事业任重而道远，前景看好而任务艰巨。目前我们依然存在从业人员体量整体偏少、整体研究水平亟待提高、国家层面重视不够、经费支持严重不足等问题。”唐惠儒教授感叹道。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 因此，唐教授认为人才培养依然是科研院所及相关学会的责任。成立于2018年的中国生物物理学会代谢组学分会，将重点关注行业的人才培养、研究水平提高、规范化、标准化等问题，通过定期举办学术会议、讲习培训班、陆续推出行业标准等一系列举措，促进我国代谢组学领域的进一步深入发展。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " & nbsp “对我国的代谢组学而言，发展才是硬道理。当行业经过蓬勃发展后，则更加需要重视发展的质量，重视长久的可持续协调发展。”唐惠儒告诉编辑，“代谢组学是新兴学科，各层面具有战略规划的前瞻性支持面与力度还有待改善。有史以来的科学实践不断表明，任何学科的大发展均始于新技术的重大突破，代谢组学也绝不会例外；新技术体系的建立与深入发展显然是从业者的一个核心任务。这个新技术体系自然包括仪器新技术的研发突破。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 唐惠儒认为，代谢组学的应用前景广阔，潜力可期。无论是生命过程的分子基础、病理生理的机制、药理与毒理的生物化学基础，还是环境健康与环境毒理，或者复杂体系的变化规律与质量控制等，都是代谢组学的应用领域。代谢组学在疾病的临床诊断、预后及有效干预等方面也必将为精准医学的实践提供重要关键技术。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " br/ /p p style=" text-align: right text-indent: 2em line-height: 1.75em " 采访编辑：万鑫 /p

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 据俄罗斯卫星网2月27日报道，俄罗斯专家研制出了新的激光质谱仪运行方案，无需使用所谓的标准样品便可直接确定材料的元素组成，显著提高分析速度，降低分析成本。相关研究结果发表在《European Journal of Mass Spectrometry》杂志上。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/a694113b-5828-4b3b-8784-d9bc3f55f44f.jpg" title=" NewsDataAction-2.png" / /p p /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院(MEPhI)教授阿列克谢?瑟索耶夫指出：“我们工作最明显的实际价值在于，可能基于这种方案建造一个小巧、敏感、高效且价格有竞争力的无标准分析仪。” /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 传统的元素分析法需要繁重的样品制备工作。如果所研究样品为固态，例如在分析矿物时，就需将其溶解，而这需要花费时间，还可能污染环境。此外，还需与所谓的标准样品进行比较，以免在分析整体组成上发生错误。在这种情况下就会专门获取标准，从而增加了分析成本。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 而俄罗斯科学家提出的新方法，无需使用标准样品就可对固体材料进行普遍分析。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp MEPhI科学家指出，新型分析仪的优势在于，可进行广泛的能量传递，小巧轻便，最大限度地减少电源需求。此外，这种仪器可以分析所有类别的物质，方法环保，可进行局部和分层分析，不存在团簇离子的干扰。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 这样一来，可显著拓展质谱仪在犯罪侦查中发挥的作用，在这一领域鉴定速度尤为重要。新方法为医学，尤其是与分析人体毛发和指甲中微量元素相关的领域开启了新的前景。此外，该方法还可提高火车站和机场过境物品成分的鉴定精准度，加快土壤样本分析以获取某一地区生态状况的正确图景。 /p

2021年6月1日，由上海市环境监测中心、江苏省环境监测中心、浙江省生态环境监测中心、浙江省生态环境科学设计研究院等单位联合起草的首个走航标准《长三角生态绿色一体化发展示范区挥发性有机物走航监测技术规范》(DB31/T 310002-2021、DB32/T 310002-2021、DB33/T 310002-2021)开始正式执行。谱育科技有幸参与了标准的验证工作。该标准规定了挥发性有机物走航监测的方法概述、试剂或材料、仪器和设备、监测方法、结果计算与表示、质量保证与质量控制及安全防护要求。标准内容解读 01. 走航监测定义●图片来源：标准第1页标准中首次明确了走航监测的定义，即为“利用车载式快速监测设备在行进中连续自动监测，结合定点监测，对污染物进行定性和定量分析，并基于地理位置信息显示沿行进路线污染物空间连续分布”。从标准中“走航监测定义”可以看出：走航监测不只是实现对污染的 “快速发现”，还要结合定点监测实现对污染物的“定性定量”；走航监测既要满足“快”的要求，也要满足“准“的要求，这样其结果才能为走航溯源分析及排污管控提供有效的数据支撑。 02. 走航监测设备●图片来源：标准第4页标准中分8.1.1和8.1.2两节对走航监测设备的“离子源”做了说明，单光子电离（SPI）、质子转移反应（PTR）、电子轰击电离（EI）都可以作为走航监测的离子源；不同离子源既可以通过“分子离子、准分子离子的质荷比“定性，也可以通过“特征离子和丰度比“定性。标准中也提出了气相色谱-质谱联用模式和直接进样质谱法模式共用，即双通道走航质谱模式。该类走航质谱不仅有直接进样质谱通道，还有气相色谱质谱联用通道（GC-MS）；双通道走航质谱不仅可以获取“离子信息“，还可以获取“保留时间信息“，同时还有“标准谱库检索”作为支撑，可以为客户提供更全面，更可靠的走航监测方案。 03. 走航监测溯源●图片来源：标准第4页走航监测溯源一直是环境管理部门重点关注的问题，此次标准对于溯源分析也给出了明确的实施方法，“对污染点位进行复测，可利用其他挥发性有机物监测设备进行现场测定或手工采样带回实验室分析，具体方法应满足相关的国家、地方或行业标准。”该标准强调了要对污染点位进行复测，同时方法应满足相关的标准。对于搭载了双通道走航质谱的系统来讲，GC-MS通道可以作为“满足标准要求”的监测设备支持在现场直接测定，无需额外的“挥发性有机物监测设备”或“手工采样带回实验室”，复测工作环节快速、高效。双通道走航质谱完美契合标准根据标准要求，走航监测在实际应用中既要能快速污染筛查，又要能现场准确定性定量；由于“样品不经过色谱柱的监测设备”受干扰的因素较多， “快速”和“准确”同时达标的要求很难实现，鱼和熊掌不可兼得。谱育科技走航监测车搭载完全自主研发的高性能双通道走航质谱分析仪，快速直接进样质谱通道和快速气相色谱-质谱联用通道结合，实现污染物的快筛与复测，现场得出污染物准确的定性和定量结果，解决了走航监测中要求的“快速”和“准确”需要兼顾这一难题，在利用直接进样质谱秒级响应和实时质谱分析的同时，结合气质联用这一VOCs检测的标准方法，现场对未知污染物进行准确判别。谱育科技双通道走航质谱分析仪的工作模式完美契合了新的标准，车辆在行进过程中环境气体样品通过车载式大气采样装置及保温过滤装置后进入双通道质谱分析仪：1）样品经过直接进样质谱通道，实现连续快速分析，根据标准谱库的特征离子和丰度比，提供物质参考类别与浓度范围；2）当样品经过气相色谱-质谱联用通道（GC-MS）时，根据保留时间、离子碎片质量和相对丰度，与国际标准谱库对照匹配相应结果，可实现现场未知污染物的准确定性定量分析。从环境管理角度出发，谱育科技在走航监测溯源分析过程中，注重证据链的确定，即“直接进样质谱通道”快速发现污染物，“快速GC-MS通道”对污染物成分进行精准复测，同时结合气象条件及周边企业排污信息或污染源谱数据进行污染溯源，形成厂界-无组织-有组织污染因子统一证据链条，从而对排污企业进行精准管控。谱育科技走航监测车还可以搭配：常规空气八参数分析仪、便携式非甲烷总烃分析仪、便携式红外热成像分析仪等，构建全维度的监测网络。各类选配设备均为谱育品牌，能做到更全面的技术整合和软件接入，提供更优的售后技术和运维服务保障。