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                      上海有機所交叉中心發表基于離子淌度質譜的多維代謝物鑒定技術和數據庫AllCCS
                      2020-09-03 交叉中心 | 【】【打印】【關閉

                        中國科學院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心朱正江研究员课题组在Nature Communications雜志在線發表了題爲Ion Mobility Collision Cross-Section Atlas for Known and Unknown Metabolite Annotation in Untargeted Metabolomics的研究論文(https://www.nature.com/articles/s41467-020-18171-8)。該工作發展了基于離子淌度質譜的碰撞截面積數據庫(AllCCS),並開發了基于離子淌度質譜的多維代謝物分析技術用于生命體內已知和未知代謝物的化學結構鑒定。朱正江课题组博士生周智伟是论文的第一作者,中國科學院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心为第一单位。 

                        離子淌度質譜(Ion Mobility-Mass Spectrometry)是一類能夠根據分析物離子的尺寸、形狀和電荷進行氣相分離和檢測的質譜技術,一次分析能夠同時提供多個維度信息,包括精確質量數(MS1)、二級碎片譜圖(MS/MS)和碰撞截面積(CCS)數據等,有效提升對複雜生物樣品代謝組的定性和定量分析能力。朱正江課題組一直致力于發展基于離子淌度質譜的代謝組學和脂質組學技術。201大盛平台6年,朱正江研究員課題組首次發展了機器學習算法來計算代謝物的碰撞截面積的方法(Anal. Chem. 2016, 88, 22),開發了大規模碰撞截面積數據庫MetCCS應用于代謝組學研究 Bioinformatics 2017, 33, 14; Curr. Opin. Chem. Biol. 2018, 42)。針對脂質類化合物的結構特點,發展了基于脂質的碰撞截面積預測方法LipidCCSAnal. Chem. 2017, 89, 17)和四維脂質鑒定鑒定技術LipidIMMS應用于非靶向脂質組學研究(Bioinformatics 2019, 35, 4; Trends Anal. Chem. 2019, 116)。 

                        在上述工作的基礎上,課題組再次發展了一個全新的碰撞截面積預測方法和數據庫AllCCS, 具有以下特點:(1)提供了一個世界上最大、最全面的小分子碰撞截面積數據庫平台,包含5000多個實驗碰撞截面積和1100多萬個預測碰撞截面積;(2)發展了新一代的碰撞截面積預測算法,能將預測准確性提升至2%以內,並廣泛適用于不同化學結構的小分子化合物;(3)發展了特征結構相似性得分(RSS),實現了對碰撞截面積預測誤差的估計;(4)開發了基于離子淌度質譜的多維代謝物分析技術,提升已知代謝物鑒定的准確性,並能用于未知代謝物鑒定,爲未知代謝物的鑒定提供了一種全新的方法。 

                      基于離子淌度質譜的多維代謝物鑒定和碰撞截面積數據庫AllCCS 

                        複雜生物樣本中的代謝物鑒定是代謝組學研究中面臨的最大挑戰。目前,代謝物鑒定主要依賴于二級碎片譜圖(MS/MS),其鑒定範圍受限于標准譜圖的數目,難以注釋未知代謝物。而傳統的小分子化合物庫如PubChem,盡管含有多達1億種小分子,但是大多是非天然化合物,結構冗余度高,難以用于發現生物內源性的新代謝物。針對未知代謝物鑒定的挑戰,朱正江課題組進一步開發了基于離子淌度質譜的多維代謝物鑒定技術。該方法首先基于生命體內普遍存在的178個生物化學反應,從已知代謝物構建新的10萬種未知代謝物化學結構。 利用AllCCS及其他MS/MS工具進行多維質譜信息的預測,並通過多維匹配和打分來提升代謝物鑒定的准確性。該技術能夠有效地去除假陽性注釋,提升了超過80%代謝物的定性分析准確性,進而實現了大規模檢測和鑒定未知代謝物。 

                        爲方便用戶使用,AllCCS平台(http://allccs.zhulab.cn/)已在阿裏雲服務器上免費向學術用戶開放。 

                        该工作得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金委、中國科學院、上海市科委等的大力资助。 

                        文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-18171-8 

                       
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