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【分析】复旦大学唐惠儒组JACS:突破核磁检测的微摩尔(μM)瓶颈

时间:2023-12-12 来源: 浏览:

【分析】复旦大学唐惠儒组JACS:突破核磁检测的微摩尔(μM)瓶颈

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代谢物组成(代谢组)的定量分析是认识其营养、环境暴露、生理及病理生理功能的突破口。该分析常用核磁共振波谱(NMR)与质谱两大技术。质谱技术灵敏度高,却存在代谢物间响应的巨大差异而不利于复杂混合物中各物质的同步定量,因其提供的结构信息有限而不利于未知代谢物的绝对结构鉴定。NMR技术的物质间响应相似且能提供丰富的原子连接关系,可便捷同步定量并鉴定混合物中的各种可测物质。但是,NMR灵敏度有限,即使最灵敏的 1 H -NMR技术在常见600兆谱仪上的代谢物检测限约为数μM水平,而且常遇到谱峰严重重叠问题。突破此瓶颈一直是NMR与代谢组NMR分析领域的重要课题。
近年, 复旦大学 生命科学学院 唐惠儒 研究组创制了增敏探针库,发展了系列质谱探针增敏型同步定量代谢组学技术,与合作者在微量完全未知代谢物绝对结构的准确鉴定、代谢物功能解析等方面取得了可喜进展( Nature , 2019 , 569 , 581–585; Nat. Microbiol ., 2022 , 7 , 707-715; J. Hepatol. , 2021 , 74 , 974-977; Anal. Chem. , 2017 , 89 , 3293–3299; Sci. Rep ., 2017 , 7 , 1435; Cell Rep. Med. , 2022 , 3 , 100561; EMBO J ., 2021 , e108069; J. Pharm. Anal ., 2023 , DOI: 10.1016/j.jpha.2023.10.004; Amer. J. Clin. Nutri ., 2023 , DOI: 10.1016/j.ajcnut.2023.08.023; Environ. Microbiol. , 2021 , 23 , 6420–6432; Environ. Microbiol. , 2018 , 20 , 200-213; Plant J. , 2018 , 93 , 92-106; Cell Res. , 2015 , 25 , 429–444)。

近日,该组创建 探针增敏核磁共振技术(PRISE-NUS-HSQC),突破检测限μM瓶颈。 他们首先通过还原胺化给每个代谢物的氨基引入两个 13 C 标记的甲基提高了NMR检测的自旋浓度,使用基于非均匀采样的HSQC二维NMR技术实现了探针标记代谢物的快速检测(3分钟)。再使用对氨基苯磺酸作为单个化学位移和定量内标,建立了百余个代谢物的定量校正因子与化学位移库,实现了生物样本中数十个代谢物的快速同步定量与定性,使600兆核磁的定量代谢组学检测限降到0.4 μM以下。这为大队列群体定量代谢组学研究提供了技术。该工作由博士生 张聪聪徐莉 博士共同完成,得到了国家重点研发计划、国家创新群体及上海市级重大专项(国际人类表型组计划一期)等项目的支持。
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Detecting Submicromolar Analytes in Mixtures with a 5 min Acquisition on 600 M Hz NMR Spectrometers
Congcong Zhang, Li Xu, Qingxia Huang, Yulan Wang, and Huiru Tang*
J. Am. Chem. Soc. , 2023 , 145 , 25513–25517, DOI: 10.1021/jacs.3c07861
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