【新功能】非靶向代谢组学中的同位素示踪

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在没有化学身份或化学式的先验知识的情况下，这些离子的计算组织和解释是具有挑战性的，这是以前使用网络算法执行任务的软件工具的不足。我们在这里提出了一个广义树结构来注释离子与原始化合物的关系并推断中性质量。提出了一种高保真度地将质量距离网络转换为该树结构的算法。该方法适用于常规的非靶向代谢组学和稳定同位素示踪实验。它被实现为一个Python包（khipu），并提供了一种JSON格式，以方便数据交换和软件互操作性。通过广义预注释，khipu使代谢组学数据与常见的数据科学工具相连接变得可行，并支持灵活的实验设计。

Li, S.; Zheng, S. 2023. Generalized tree structure to annotate untargeted metabolomics and stable isotope tracing data. Anal Chem, 95(15), 6212-6217.

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虽然液相色谱和串联质谱（LC-MS/MS）的组合通常用于非靶向组学实验中的特征注释，但确保这些优先特征来源于内源性代谢仍然具有挑战性。同位素比值异常值分析（IROA）、U-13C标记提取物的质量同位素比值分析（MIRACLE）和认证等同位素工作流程将同位素标记直接纳入代谢前体，确保所有感兴趣的特征都是细胞代谢的明确副产物。此外，小分子的全面分离和注释继续挑战代谢组学领域，特别是异构系统。在本文中，我们评估了将离子迁移率光谱法（IMS）作为一种额外的分离机制纳入标准LC-MS/MS等同位素工作流程的分析效用。由于同位素标记的分子与其12C版本在IMS维度上共分裂，LC-IMS-CID-MS提供了四个维度（LC、IMS、MS和MS/MS）来直接研究优先非靶向特征的代谢活性。我们通过展示LC-IMS-CID-MS分析同位素标记的大肠杆菌培养物时，30种内源性代谢物的初步数据集是如何被推定注释的，来证明这种额外的选择性。代谢物注释基于几种分子描述符，包括准确的质量测量、碳数、注释的碎片光谱和碰撞截面（CCS），共同说明了将IMS纳入等拓扑工作流程的重要性。总的来说，我们的结果强调了IMS为代谢表征提供的增强的分离空间和增加的注释置信度，并为同位素标记的MS实验的未来发展提供了独特的视角。

优化代谢组学方法以提高代谢组覆盖率的一个巨大挑战是难以比较每种方法中的代谢物数量。这种评估因人为信号而变得复杂。伪影可能由代谢物提取过程中的样本污染、背景仪器噪声或生物信息学处理过程中的数据注释错误引起。虽然最小化伪影的努力已经得到了扩展，但如果没有特征良好的提取和设计用于有效地从伪影中过滤生物信息的适当软件工具，通常不可能将这些伪影从特征列表中完全删除，也不希望这样做。

剑桥同位素实验室CIL提供认证大肠杆菌细胞提取试剂盒（MSK-CRED-KIT，MSK-CRED-DD-KIT），可以帮助用户开发和优化非靶向代谢组学分析方法。

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