科技前沿中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心研究員朱正江課題組發(fā)展了基于離子淌度質(zhì)譜的碰撞截面積數(shù)據(jù)庫(AllCCS)，并開發(fā)出基于離子淌度質(zhì)譜的多維代謝物分析技術(shù)，用于生命體內(nèi)已知和未知代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定。
 　　離子淌度質(zhì)譜(Ion Mobility-Mass Spectrometry)是一類能夠根據(jù)分析物離子的尺寸、形狀和電荷進(jìn)行氣相分離和檢測的質(zhì)譜技術(shù)，一次分析能夠同時(shí)提供多個(gè)維度信息，包括精確質(zhì)量數(shù)(MS1)、二級碎片譜圖(MS/MS)和碰撞截面積(CCS)數(shù)據(jù)等，有效提升了對復(fù)雜生物樣品代謝組的定性和定量分析能力。
 　　基于前期工作，該課題組發(fā)展了一個(gè)全新的碰撞截面積預(yù)測方法和數(shù)據(jù)庫AllCCS。相關(guān)研究提供了一個(gè)目前大、全面的小分子碰撞截面積數(shù)據(jù)庫平臺，包含5000多個(gè)實(shí)驗(yàn)碰撞截面積和1100多萬個(gè)預(yù)測碰撞截面積；發(fā)展了新一代的碰撞截面積預(yù)測算法，能將預(yù)測準(zhǔn)確性提升至2%以內(nèi)，并廣泛適用于不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的小分子化合物；發(fā)展了特征結(jié)構(gòu)相似性得分(RSS)，實(shí)現(xiàn)了對碰撞截面積預(yù)測誤差的估計(jì)；開發(fā)了基于離子淌度質(zhì)譜的多維代謝物分析技術(shù)，可提升已知代謝物鑒定的準(zhǔn)確性，并能用于未知代謝物鑒定，為未知代謝物的鑒定提供了新方法。
 　　復(fù)雜生物樣本中的代謝物鑒定是代謝組學(xué)研究中面臨的挑戰(zhàn)。目前，代謝物鑒定主要依賴于二級碎片譜圖(MS/MS)，其鑒定范圍受限于標(biāo)準(zhǔn)譜圖的數(shù)目，難以注釋未知代謝物。PubChem等傳統(tǒng)的小分子化合物庫，盡管含有多達(dá)1億種小分子，但是大多是非天然化合物、結(jié)構(gòu)冗余度高，難以用于發(fā)現(xiàn)生物內(nèi)源性的新代謝物。
 　　針對未知代謝物鑒定的挑戰(zhàn)，該課題組進(jìn)一步開發(fā)了基于離子淌度質(zhì)譜的多維代謝物鑒定技術(shù)。該方法首先基于生命體內(nèi)普遍存在的178個(gè)生物化學(xué)反應(yīng)，從已知代謝物構(gòu)建新的10萬種未知代謝物化學(xué)結(jié)構(gòu)。 利用AllCCS及其他MS/MS工具進(jìn)行多維質(zhì)譜信息的預(yù)測，并通過多維匹配和打分來提升代謝物鑒定的準(zhǔn)確性，能夠有效地去除假陽性注釋，提升了超過80%代謝物的定性分析準(zhǔn)確性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模檢測和鑒定未知代謝物。
 　　相關(guān)成果以Ion Mobility Collision Cross-Section Atlas for Known and Unknown Metabolite Annotation in Untargeted Metabolomics為題，發(fā)表在《自然-通訊》上，博士研究生周智偉為第一作者。AllCCS平臺已免費(fèi)向?qū)W術(shù)用戶開放。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委、中科院、上海市科委等資助。