合成生物學正在醫(yī)藥、食品、材料等不同領(lǐng)域崛起為顛覆性技術(shù)，其主要目標是利用工程方法和設(shè)計原理來構(gòu)建合成途徑和優(yōu)化生物系統(tǒng)，以實現(xiàn)特定功能和產(chǎn)物的合成。然而，生命過程異常復(fù)雜，合成生物學在設(shè)計和改造生物系統(tǒng)方面面臨著許多挑戰(zhàn)，目前的設(shè)計-構(gòu)建-測試-學習工程循環(huán)仍然需要多次的試錯迭代，深入研究目標代謝通路及其調(diào)控機制對于實現(xiàn)高效的生物合成途徑和底盤構(gòu)建至關(guān)重要。在此背景下，功能性靶向代謝組學成為一種不可或缺的分析策略。

在合成生物學途徑構(gòu)建中，能量代謝通路如糖酵解、三羧酸循環(huán)、戊糖磷酸途徑等是高頻選用的改造模塊，另一方面，能量代謝是生物體維持生命所必需的過程。

在合成生物學研究中，對能量代謝途徑進行功能性靶向代謝組深入研究具有重要意義。通過功能性靶向代謝組學，研究人員可以獲得關(guān)鍵信息，促進代謝工程和能量合成的優(yōu)化：

• 優(yōu)化資源利用效率：通過監(jiān)測能量代謝，可以評估生物體對底物和能量的利用效率，幫助確定合成途徑的效能，并指導優(yōu)化策略。

• 支持代謝工程：功能性靶向代謝組學提供了評估和調(diào)整代謝工程效果的手段，通過監(jiān)測能量代謝通路中的關(guān)鍵代謝物濃度和變化，確保生物體獲得足夠的能量來支持目標產(chǎn)物的合成過程。

• 動態(tài)建模和優(yōu)化：監(jiān)測能量代謝提供了代謝網(wǎng)絡(luò)動力學行為的重要信息，對于建立數(shù)學模型和預(yù)測生物系統(tǒng)行為至關(guān)重要。

然而，能量代謝途徑的分析也面臨著許多挑戰(zhàn)，例如化合物極性高、常規(guī)反相分離色譜保留困難；同分異構(gòu)體難以分離、特定基團的系統(tǒng)吸附導致峰形變差等。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，安捷倫開發(fā)了功能性靶向代謝組學整體解決方案，該方案覆蓋樣品前處理、儀器分析方法及數(shù)據(jù)處理標準化流程，采用一個分析方法就能覆蓋重 點關(guān)注的 5 大能量相關(guān)代謝通路和超過 140 種功能性代謝物，為合成生物學對能量代謝的深入研究提供強有力的支持。

安捷倫功能性靶向代謝整體方案

解決分析方法三大挑戰(zhàn)

克服磷酸糖同分異構(gòu)體分離難

通過采用 HILIC 柱、高 pH 值分析方法，能可靠定量同分異構(gòu)的磷酸糖，如 F6P 和 G6P，從而評價通路改造的效果。

解決核苷酸類化合物吸附問題

通過添加專用的去活試劑，改善峰形的同時保證 22 種核苷酸類化合物的有效分離，確保其定量準確性。

提供系統(tǒng)穩(wěn)定性確認依據(jù)

利用內(nèi)源性氨基酸亮氨酸和異亮氨酸確認色譜柱的分離效果，也可使用氨基酸混合標準品進行系統(tǒng)確認，解決能量代謝通路上極性代謝物種類多樣性和樣品來源多樣性導致的分析困難。

安捷倫功能性靶向代謝組學整體解決方案具備以下三個關(guān)注點，快速實現(xiàn)可直接應(yīng)用的特點，為客戶在合成生物學中理清和闡述生物機理問題提供協(xié)助：

1、單一通路代謝物覆蓋度高

該方案能夠高度覆蓋各個代謝通路上的小分子代謝物，例如糖酵解通路的覆蓋率可達 100%。通過深入了解代謝物的變化，能夠更精 準地闡釋生物學問題。

2、重要功能性代謝通路覆蓋廣

該方案不僅覆蓋了合成生物學中的五個重要功能代謝通路，包括三羧酸循環(huán)、糖酵解、磷酸戊糖途徑、氨基酸代謝和能量代謝，并不斷擴充覆蓋更多通路。結(jié)合多組學和細胞分析，方案能夠?qū)ι镒饔眠M行深入研究，提供全面的代謝信息支持。

3、能量代謝通路覆蓋全

除了覆蓋 NAD+、NADH、NADP+、NADPH 等重要能量代謝物之外，該方案還涵蓋其他關(guān)鍵能量代謝物，如 GSH、GSNO、GSSG 以及多種輔酶 A。此外，方案的結(jié)果還可以與 Seahorse 得到的活細胞狀態(tài)相結(jié)合，深入研究代謝工程中改造步驟與細胞代謝的時間相關(guān)性，從而進一步優(yōu)化代謝工程的設(shè)計。

結(jié) 語

綜上所述，安捷倫功能性靶向代謝組學整體解決方案具有單一通路代謝物覆蓋度高、重要功能性代謝通路覆蓋廣和能量代謝通路覆蓋全的特點，可為合成生物學研究提供全面的代謝信息支持，助力高效合成途徑構(gòu)建。同時，該方案也可在疾病機理、藥物作用機制等其他生命科學領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。