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内容简介

　　《生命科学前沿及应用生物技术 代谢组学：方法与应用》是国内第壹部集基本理论和实际应用于一体的、极有价值的关于代谢组学的专著，对学科的发展现状、面临问题、应用前景、未来趋势和学科本身的价值都做了客观、科学的描述。除简要回顾代谢组学的发展历史、特点外，重点介绍了代谢组学技术平台及其在健康疾病、药物毒性、植物、微生物、营养科学和环境科学研究中的应用，使读者能在短时间内对新的技术和国内外进展有一全面了解。为适应不同层次人员对代谢组学知识的需求，《生命科学前沿及应用生物技术 代谢组学：方法与应用》在全面阐述色谱、质谱、核磁共振谱和多变量数据分析方法在代谢组学中的应用的同时，图文并茂地剖析了代谢组学在不同领域内的应用，使读者能很容易地应用《生命科学前沿及应用生物技术 代谢组学：方法与应用》解决相关领域中的问题。
　　《生命科学前沿及应用生物技术 代谢组学：方法与应用》既可作为从事代谢组学研究的专业人员的参考书，也可作为相关领域研究生的教材。对代谢组学感兴趣或具备一定的生物化学和分析化学背景的读者也可根据自己所从事的专业有选择地阅读部分章节。

内页插图

目录

序
前言

第1章 绪论
1．1代谢组学简介
1．1．1代谢组学发展的时代背景
1．1．2代谢组学研究现状
1．1．3代谢组学与系统生物学
1．2代谢组学的研究方法
1．2．1样品采集与制备
1．2．2代谢组数据的采集
1．2．3数据分析平台
1．2．4代谢组学数据库
1．3代谢组学的应用
1．3．1药物研发
1．3．2疾病研究
1．3．3植物代谢组学
1．3．4微生物代谢组学
1．3．5代谢组学与中医药现代化
1．4代谢组学发展展望
参考文献

第2章 气相色谱-质谱技术在代谢组学中的应用
2．1气相色谱-质谱联用技术
2．1．1GC-MS的工作原理
2．1．2全二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术（GC×GC-TOFMS）
2．1．3质谱谱图库
2．2基于GC-MS、GC×GC-TOFMS的代谢组学技术平台
2．2．1样品的采集与制备
2．2．2数据采集
2．2．3基于GC-MS、GC×GC-TOFMS技术的代谢组学数据处理
2．2．4代谢物的结构鉴定
2．3代谢组学应用
2．3．1GC-MS在代谢组学研究中的应用
2．3．2全二维气相色谱在代谢组学研究中的应用
2．4发展与展望
参考文献

第3章 液相色谱及液相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中的应用
3．1液相色谱及液相色谱-质谱联用技术
3．1．1液相色谱
3．1．2液相色谱-质谱联用
3．1．3基于液相色谱及液相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法的优势和发展趋势
3．2用于极性小分子分析的二维液相色谱分离系统
3．3液相色谱及液相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中的应用实例
3．3．1液相色谱代谢轮廓分析方法用于肝脏疾病严重程度的诊断
3．3．2基于液相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法用于慢性乙型肝炎的急性发作疾病研究
3．3．3全二维亲水作用色谱质谱联用技术用于极性复杂样品中结构类似组分的分离和鉴定
参考文献

第4章 超高效液相色谱-质谱及在代谢组学中的应用
4．1超高效液相色谱的理论基础
4．1．1vanDeemter方程
4．1．2超高效液相色谱仪器
4．2超高效液相色谱与HPLC分析性能的比较
4．2．1超高效液相色谱与HPLC色谱分离性能的理论比较
4．2．2超高效液相色谱、HPLC与质谱联用性能的比较
4．3超高效液相色谱在代谢组学中的应用
4．3．1超高效液相色谱-质谱用于代谢组学研究的优势
4．3．2超高效液相色谱与质谱联用用于代谢组学研究实例
参考文献

第5章 毛细管电泳-质谱联用技术在代谢组学研究中的应用
5．1毛细管电泳-质谱联用技术简介
5．1．1同轴液体鞘流
5．1．2无鞘接口
5．1．3液体连接
5．2基于毛细管电泳-质谱联用技术的代谢组学平台
5．2．1阳离子代谢物CE-MS分析方法
5．2．2阴离子代谢物CE-MS分析方法
5．2．3多价阴离子代谢物CE-MS分析方法
5．3毛细管电泳在代谢组学中的应用研究
5．3．1微生物菌株细胞提取物的代谢分析
5．3．2植物细胞提取物的代谢分析
5．3．3疾病诊断和生物标志物发现
5．3．4食品安全
5．3．5细胞基因和蛋白质功能研究
参考文献

第6章 核磁共振在代谢组学研究中的应用
6．1核磁共振波谱分析原理
6．1．1核磁共振概论
6．1．2核磁共振波谱仪
6．1．3核磁共振氢谱
6．1．4核磁共振碳谱
6．1．531P及15N核磁共振
6．2代谢组学中的核磁共振波谱分析方法
6．2．1样品的准备
6．2．2实验数据的获得
6．2．3数据分析
6．3核磁共振在代谢组学研究中的应用
6．3．1在药物毒理学评价研究中的应用
6．3．2在人体代谢和动物代谢研究中的应用
6．3．3在病理和生理研究中的应用
6．3．4在环境监测方面的应用
6．3．5在植物化学研究中的应用
6．3．6在微生物系统研究中的应用
6．4展望
参考文献

第7章 代谢组学研究中常用的化学计量学方法
7．1数据预处理方法
7．1．1原始数据矩阵的获得
7．1．2自变量筛选
7．1．3数据的标度化及滤波
7．2常用的模式识别方法
7．2．1无监督的模式识别方法
7．2．2有监督的模式识别方法
7．3数据库及专家系统
参考文献

第8章 类脂和类脂组学
8．1类脂分子的结构和功能
8．1．1非极性类脂
8．1．2极性类脂
8．1．3类脂代谢物
8．2类脂的分子生物学
8．2．1表面化学和界面催化
8．2．2膜类脂分子是信号转导分子的前体
8．2．3类脂-蛋白质相互作用
8．3类脂研究中的分析方法
8．3．1类脂的提取方法
8．3．2类脂的分析方法
8．4ESI-MS在类脂分析中的定量方法
8．4．1内标化合物的选择
8．4．2MS在定量分析类脂分子中存在的问题
8．4．3ESI-MS在类脂研究中的定量方法
8．5类脂组学及其应用
8．5．1类脂组学
8．5．2类脂组学中类脂分子识别的策略
8．5．3基于质谱技术的几种类脂组学方法
8．5．4类脂组学在微生物研究中的应用
8．5．5类脂组学在宿主-病原体相互作用研究中的应用
8．5．6类脂组学在n-3多不饱和脂肪酸影响细胞膜微区域研究中的应用
8．5．7类脂组学在疾病和药物开发研究中的应用
8．5．8类脂组学在功能研究中的应用
8．5．9类脂组学在药物滥用研究中的应用
8．5．10与类脂组学相关的数据库
小结
参考文献

第9章 代谢组学在疾病分型和标志物发现研究中的应用
9．1引言
9．2代谢组学用于心血管疾病严重程度的诊断
9．3基于修饰核苷的代谢组学用于肝脏疾病的研究
9．3．1代谢物的靶标分析
9．3．2顺二醇类代谢物的轮廓分析
9．3．3潜在标志物的寻找
9．4代谢组学用于恶性肿瘤的研究
9．5代谢组学在其他疾病分型和标志物发现研究中的应用
参考文献

第10章 修饰核苷在癌症诊断和随访中的应用
10．1概论
10．1．1癌症诊断的方法概况
10．1．2肿瘤标志物的概况
10．1．3修饰核苷的来源及在癌症患者中修饰核苷增高的根源
10．1．4修饰核苷作肿瘤标志物的可行性
10．2体液中修饰核苷的分析和数据处理
10．2．1体液中修饰核苷的分析
10．2．2多变量可视化数据分类的方法
10．3尿中核苷在恶性肿瘤诊断、治疗随访中的应用
10．3．1尿中修饰核苷分布模式的建立
10．3．2核苷作为肿瘤标志物在多种肿瘤中的应用研究
10．3．3良性、恶性肿瘤尿中修饰核苷排放差异的研究
10．3．4修饰核苷用于检测手术和治疗效果的评价
10．3．5化疗对尿中核苷排放水平的影响
10．3．6尿中核苷作肿瘤标志物实际应用范例
参考文献
……

第11章 代谢组学在糖尿病研究中的应用
第12章 代谢组学在营养学研究中的应用
第13章 代谢组学与药物研究
第14章 代谢组学在植物研究中的应用
第15章 代谢组学在微生物学中的应用
第16章 代谢组学在环境科学中的应用

前言/序言

　　1995年，本人获马普（Max-Planck-Institute）研究基金资助，前往德国图宾根大学医学院（University of Tuebingen）作高级访问学者，开始涉足生命科学的研究。作为年轻的科学工作者，本人深知分析化学在生命科学中的重要性。健康与疾病是生命科学研究中永恒的主题，也是国家和社会发展中需要长期关注和投入的领域，为此，我选择了尿液中代谢组分和恶性肿瘤的关系作为切人点，采用亲和色谱的方法提取尿液中的修饰核苷，并首次建立了分析尿液中核苷的毛细管电泳方法，使检测分辨率提高的同时，也提高了分析通量。通过对罹患十几种不同癌症的患者尿液进行检测发现，癌症患者的尿液中修饰核苷总量明显高于正常人。但是始终没有发现某种特定核苷与癌症的关联。事实上，在不同的癌症患者个体中，并非所有修饰核苷的排放量均产生有规律的增高现象，而是出现了有的显著增高、有的略有增高、有的甚至反而降低的复杂情况。通过对大量数据的研究表明，癌症患者尿液中没有一种修饰核苷的排放量总是高于正常人，以其中某种修饰核苷的排放量作为依据时，癌症的检出率仅为40%左右。由此判定，采用单一代谢物指标进行癌症诊断的思路是值得商榷的。
　　人体是个复杂的系统，存在于这一系统中的物质之间必然存在着联系，那么修饰核苷之间也可能存在着某种联系。由此，我们在1997年开始将多变量的模式识别方法用于癌症诊断，对近千个癌症患者尿样中核苷的浓度数据进行处理，原先无序可循的数据则奇迹般地变得有规律起来。最终我们证明，尿液中修饰核苷的代谢模式变化可用于癌症的早期发现和术后随访，并具有广谱性，尤其适用于手术效果评价及预后评估。
　　在此基础上我们意识到，以小分子的产生作为表象的代谢活动应能够更准确地反映生物系统的状态，易于与现实世界建立正确的联系。对代谢物必须进行综合分析，也即只有对整个代谢指纹按“组学”的方式进行研究才有意义，疾病早期发现和诊断也应从利用单一标志物向组合标志物转变。恩师卢佩章院士早年提出的希望我们能进行“建立人体体液化学指纹数据库”的构想就是要用分析化学的方法，把一个人从婴幼儿到成年的化学指纹变化记录下来，从中发现个体疾病易感性，实际上就是人群的“代谢组学”研究。
　　2001年，在中国科学院大连化学物理研究所骨干人员参加的科研规划研讨会上，本人受当时的所长包信和研究员的邀请做了专题报告，第一次在所里正式介绍“代谢组学”，并被列为中国科学院知识创新工程（二期）重点支持方向。同年，杨胜利院士出任我所生物技术研究部主任，将“代谢组学”研究作为部里的重要发展方向，并将我们的研究平台介绍给相关单位。本课题组也在此时拥有了新名字——高分辨分离分析及代谢组学，并成为后来成立的大连化学物理研究所“代谢组学研究中心”的核心。这是学科凝炼的结果，也忠实记录了我们进行代谢组学研究的发展轨迹。
　　与此同时，科技部做出了及时的支持，2003年设立了国内第一个针对代谢组学的国家高技术研究发展计划（“863”计划）项目——代谢组学技术平台的研究，由本人担任项目负责人。2003年底，中国科学院在上海生命科学院召开了关于“植物、微生物代谢组学和代谢工程”学术研讨会。在会上，本人受邀做了题为“植物、微生物代谢组学技术平台的研究”的报告，会场座无虚席，与会科研人员和青年学生对代谢组学所表现出的热情与2002年的情景形成鲜明对比。那年，同样是我受吴家睿副院长邀请在上海生命科学院做类似报告，吴院长为避免“冷场”，不得不亲自向逐个部门打电话动员听众。短短一年半时间，代谢组学在国内的“知名度”有了如此飞跃使本人在感动于国内科研人员巨大热情和科研敏感性的同时，更加坚定了进行代谢组学研究、推广代谢组学科学的信心。
　　近年来代谢组学蓬勃的发展势头与多学科领域科学家以及政府部门的极大重视密不可分。特别是在“十一五”期间，科技部先后在国家重大研究计划“蛋白质科学”、国家重点基础研究发展规划（“973”）、“863”计划和“十一五”科技支撑项目、食品安全等方面支持了代谢组学的研究。代谢组学和系统生物学被科技部和欧盟第7框架计划列为促进中医药现代化的主要途径之一。国家自然科学基金委员会化学科学部连续多年将“组学分析中的新原理、新方法和新技术”列为重点项目支持方向。同时很多科学家也都急于进入这个新的研究领域。为了适应我国代谢组学高速发展的需要，满足广大科学工作者的要求，我们在前期工作的基础上，应科学出版社邀请，撰写了本书。
　　本书第1、10章由许国旺撰写；第2章由路鑫撰写；第3章由杨军和王嫒撰写；第4章由赵欣捷撰写；第5章由石先哲撰写；第6章由田晶撰写；第7章由孔宏伟撰写；第8章由王畅撰写；第9章由杨军撰写；第11章由袁凯龙、王畅、杨军撰写；第12章由尹沛源撰写；第13章由汪江山撰写；第14章由马晨菲撰写；第15章由高鹏撰写；第16章由赵春霞撰写。全书由许国旺统一汇总、定稿。这些作者都是奋战在代谢组学科研一线的青年，他们具有丰富的代谢组学研究经验，同时一直密切关注国际上代谢组学研究的发展，因此，此书中的许多内容反映了当前代谢组学的最新进展，也包含了本研究组从1996年以来在相关领域取得的研究成果。本书除阐述代谢组学的发展历史和特点外，重点介绍了代谢组学技术平台及其在疾病、药物、微生物、营养和环境研究中的应用，使读者对代谢组学研究的最新技术和国内外进展有一较为系统的了解。除全面地讲解了关于色谱（GC、LC）、质谱（MS）、核磁共振（NMR）和多变量统计方法在代谢组学中应用的基础知识外，本书力求图文并茂地剖析大量研究实例，展示代谢组学在不同领域内发挥的作用，使读者能够更好地应用本书解决生命科学面临的实际问题，以适应不同层次科研人员对代谢组学知识的需求。
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