统计相关NMR和LC-MS数据对复杂混合物结构解析和定量分析的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21505142
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0403.谱学方法与理论
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Identification and quantification of each component from the complex mixture sample is the core problem in many research fields, such as metabolomics (metabolite analysis), analysis of natural products extracts and medicine, etc. The nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and HPLC/UPLC hyphenated mass spectroscopy (LC-MS) are the most common and powerful tools widely used for structure and quantitative analysis. With statistically correlated NMR spectra and LC-MS data, a statistical paradigm with high information densities can be generated, which is of great help and significance to solve the problem mentioned above. In this project, model mixture consist of several typical metabolite compounds (nicotinamide,L-leucine,creatinine,betaine ,3-hydroxybutyric acid,citric acid and hippurate acid) is prepared to set up a method to achieve structure elucidation and quantification each component from the complex mixture sample. This method, after being established and optimized, is used for the analysis of practical samples (metabolite of caenorhabditis elegans). Other than using conventional 1H 1D spectrum in which signals are easily overlapped, 13C detected 1D experiments such as 1D 13C spectrum and DEPT 90 and 135 spectra are used taking advantage of the wide dispersion of the 13C chemical shifts, together with 2D experiment such as TOCSY and 2D 1H -13C correlation spectra (1H -13C HSQC and HMBC in this project). The multiple NMR experiment (1D and 2D experiments above) can make sure the data accuracy and high information densities for Identification and quantification of certain component from the complex mixture sample. Through the establishment and application of the method, a more useful and accurate tool can be provided for individual compound identification and quantification in many research fields.
复杂混合物体系中单个化合物的结构指认和定量分析是诸如代谢组学、天然产物分析、药物分析等领域的核心难题。核磁共振技术(NMR)和液相色谱质谱联用技术(LC-MS)是结构解析和定量研究最常用也最有力的两种检测手段,而通过统计相关的方法将二者数据结合起来可以获得高内涵的结构与定量信息,有助于解决上述核心难题。本项目拟以模式混合物为对象,建立通过NMR和LC-MS数据的相关性提取混合物中每个化合物结构和定量信息的方法,最终将该方法应用于实际复杂混合物样品(线虫代谢物)的结构与定量研究;其中NMR数据来自于多种实验,包括:一维碳谱,dept90,dept135和高分辨二维TOCSY、HSQC、HMBC,区别于以往方法中使用的一维氢谱带来的NMR数据误差。通过此方法的建立和应用,为代谢组学等研究领域提供更准确更有效的结构解析和定量分析研究手段。

结项摘要

项目开展三年以来,我们已完成该项目计划的主要内容,达到预期研究目标。.在本项目中,我们针对目前代谢组学普遍遇到的问题——如何快速、准确、可靠地鉴别代谢物结构,提出一种新策略,即利用核磁共振技术(NMR)和液相色谱质谱联用技术(LC-MS)的互补优势,基于统计相关原理对相同样品的LC-MS和多种NMR代谢组学数据进行融合分析,帮助代谢物化学结构的快速鉴别,提升化学结构鉴别的可靠性。.我们对常见代谢物溶解度及磷酸盐缓冲液对其一定浓度范围内的水溶液的缓冲能力进行考察,筛选出6个常见代谢物包括亮氨酸、谷氨酰胺、牛磺酸、肌酐、甜菜碱和烟酰胺,构建一种模式混合物体系。制备10个模式混合物样品,同时采集LC-MS(正、负离子模式)和多种NMR(1D 13C、DEPT 90、DEPT 135、1H-13C HSQC、1H-1H TOCSY)数据。采用开源R包XCMS完成LC-MS数据的前处理,主要包括峰识别、峰匹配和对齐、峰补齐,并利用CAMEAR包对LC-MS特征(或变量)进行同位素、加合物注释;利用代谢组工具包(由Arthur S. Edison教授友好提供的matlab语言软件包)完成NMR数据的批量处理。基于同一代谢物的LC-MS信号和NMR信号随浓度变化而变化,采用实验室内部matlab脚本实现统计相关分析和去卷积聚类,并重构各组分的伪MS和伪NMR图谱,尝试性解析出各组分的化学结构。随后将各组分重构图谱与其相应的实验图谱重叠比较,结果显示高度的一致性,表明LC-MS和NMR统计相关分析结果准确可靠。.本项目实现了一整套LC-MS、1D NMR和2D NMR代谢组数据处理分析流程,利用模式混合物证实LC-MS和NMR数据统计相关分析的可靠性,这对于帮助真实代谢组研究中代谢物的鉴别具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Simultaneous quantification of endogenous and exogenous plasma glucose by isotope dilution LC-MS/MS with indirect MRM of the derivative tag
通过同位素稀释 LC-MS/MS 和衍生标签的间接 MRM 同时定量内源性和外源性血浆葡萄糖
  • DOI:
    10.1007/s00216-018-0872-6
  • 发表时间:
    2018-03-01
  • 期刊:
    ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Yu,Lingling;Wen,Chao;Hu,Kaifeng
  • 通讯作者:
    Hu,Kaifeng
Statistically correlating NMR spectra and LC-MS data facilitating the identification of individual metabolite in metabolomics mixtures
NMR 谱和 LC-MS 数据在统计上相关联,有助于识别代谢组学混合物中的单个代谢物
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Analytical and Bioanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Xing Li;Huan Luo;Tao Huang;Li Xu;Xiaohuo Shi;Kaifeng Hu
  • 通讯作者:
    Kaifeng Hu
液质联用技术用于复杂混合物体系中小分子化合物的分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余玲玲;李兴;陈燕丽;文超;胡凯锋
  • 通讯作者:
    胡凯锋
An adapted isotope dilution 1H–13C heteronuclear single-quantum correlation (ID-HSQC) for rapid and accurate quantification of endogenous and exogenous plasma glucose
适用于同位素稀释 1H–13C 异核单量子关联 (ID-HSQC),用于快速准确地定量内源性和外源性血浆葡萄糖
  • DOI:
    10.1007/s00216-018-1276-3
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Analytical and Bioanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Tao Huang;Lingling Yu;Xiaofang Ma;Kaifeng Hu
  • 通讯作者:
    Kaifeng Hu
Targeted isolation and identification of bioactive compounds lowering cholesterol in the crude extracts of crabapples using UPLC-DAD-MS-SPE/NMR based on pharmacology-guided PLS-DA
基于药理学引导的 PLS-DA,利用 UPLC-DAD-MS-SPE/NMR 靶向分离和鉴定海棠粗提物中降低胆固醇的生物活性化合物
  • DOI:
    10.1016/j.jpba.2017.11.061
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Wen Chao;Wang Dongshan;Li Xing;Huang Tao;Huang Cheng;Hu Kaifeng
  • 通讯作者:
    Hu Kaifeng

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其他文献

分析水下目标的大比例变换总场散射场源FDTD方法
  • DOI:
    10.19596/j.cnki.1001-246x.2016.01.009
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    罗欢
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    卫生研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴婷;罗欢;王锐峰;贾乐元;李鹏程;朱鹏
  • 通讯作者:
    朱鹏

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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