系统生物学 崭露头角的新科学 生物学研究正在改变 仪器性能 计算能力以及软件精密度方面的重大改进为生物学研究的发展创造了绝佳机会 如今, 研究者可以对大量不同种类的生物成分进行全面 系统地探究, 而不仅仅是针对少量的基因 蛋白质或代谢物 生物整体的遗传密码已经完成测序, 我们正向着个体基因组测序常规

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1 系统 生物学 未来的曙光 安捷伦系统生物学解决方案

2 系统生物学 崭露头角的新科学 生物学研究正在改变 仪器性能 计算能力以及软件精密度方面的重大改进为生物学研究的发展创造了绝佳机会 如今, 研究者可以对大量不同种类的生物成分进行全面 系统地探究, 而不仅仅是针对少量的基因 蛋白质或代谢物 生物整体的遗传密码已经完成测序, 我们正向着个体基因组测序常规化的那一天快速进发 我们能够监测细胞中所有基因的表达对明确的干扰进行响应而发生的改变, 并观察同样的干扰如何影响细胞中蛋白质的表达和修饰 我们可以了解添加底物或整合外部信号时细胞内代谢物的分布变化 并且, 我们首次以大规模 并行的方式实现了这一监测 由于这些显著的改进, 研究者现在已经能以更宽的视野研究整个生物系统, 而非单个组分 基因序列或基因表达的改变如何影响细胞内代谢水平? 不同的代谢物如何影响基因表达? 为了解答这些问题和其他类似问题, 比如评估单个生物组分之间如何联系 干扰如何影响看似未连接的通路等, 研究者正着手整合来自各种不同组学的实验数据 整合来自不同类型组学实验的数据, 即研究系统生物学, 是现代分子生物学中最令人兴奋的前沿科学之一 安捷伦致力于与研究团体建立合作伙伴关系, 以克服这一新兴学科的研究者所面对的关键且根本的技术挑战 我们秉承合作的方式对系统生物学解决方案进行鉴别 建立和优化, 并与各自领域的顶尖科学家一起将他们的最新技术转化为强大的研究平台 我们提供了芯片 下一代测序制备平台 质谱分析仪, 以及用于基因组学 转录组学 蛋白组学和代谢组学研究的分析工具, 涉及广泛的技术领域, 因此我们是唯一一家能够提供完整的系统生物学研究解决方案的公司 以这些广范的技术领域为后盾, 安捷伦正致力于促进您的系统生物学研究, 加快从提出问题到获得可靠答案的进程 2

3 通过整合研究 阐释系统机理 整合多个组学的数据是了解生物系统整体行为的重要手段 生物通路往往是高度调控并互相关联的, 而且拥有大量的前馈和反馈机制, 对系统行为造成正面或负面的影响 此外, 不同类型的小分子 多肽 脂类 多糖 蛋白质或核酸的共 价或非共价修饰, 可以在各个水平进行调控 只有研究整体系统才能揭示互相关联通路的内在属性, 实现系统生物学研究的初衷 为了帮助研究者对系统进行研究, 安捷伦支持跨组学的多种应用 基因组学 转录组学 蛋白组学 代谢组学 基因 mrna 蛋白质 代谢物 产物调控 3

4 基因组学 了解基因序列以及基因附近控制表达的非编码区, 对理解细 胞过程或疾病状态十分重要 例如, 在出现疾病状态前, 可 以了解基因变异的位置和种类 ( 如 SNP 和拷贝数变异 ), 这是关联转录 转译 蛋白质结构与修饰以及代谢状态的重 要属性 转录组学 追踪一组基因的表达 ( 甚至是整个基因组 ), 对了解特定环境 或基因干扰条件下基因表达如何改变, 以及涉及哪些生物过程 至关重要 通过了解基因表达如何动态地与特定代谢物的产生 或数量和 / 或蛋白质表达和修饰相关联, 建立转录本数据, 便可以阐明正常生理通路如何工作和对环境作出响应 蛋白组学 蛋白质是细胞中的结构成份 酶和调控因子 知道存在何种蛋白质 ( 而不是仅仅知道表达了何种基因 ), 可以更准确地掌握细胞或通路的真实状态 基因表达和蛋白质表达之间的区别能够提供关于特定通路内重要调控现象的本质及位置的信息 蛋 白质修饰与活性 位置和 / 或细胞代谢谱之间的相互关系, 同样可以说明蛋白质和代谢物的生物通路和调控, 可能会帮 助我们了解正常状态和疾病状态的不同生物机理 代谢组学 了解不同条件下或不同时间点细胞内小分子的数量变化, 有 助于理解细胞的生理过程 可以将这些信息与影响细胞的基 因或环境改变联系在一起 特定系列的代谢物水平变化可以 揭示不同干扰对细胞的影响 4

5 利用生物信息学工具 了解生物系统 系统生物学研究需要利用各种跨组学的分析和可视化工具 安捷伦致力于为科学家提供多种软件工具, 通过快速鉴别相关信息和关键的相互作用, 解决其面临的研究难题 安捷伦最新的软件工具系列针对提高分析效率和易用性经过专门设计 GeneSpring 分析平台通过整合各种数据类型, 可以加快科学发现的进程 这一过程是通过一个模块化数据存储架构 完成的, 它可以处理从基因分型 芯片比较基因组杂交, 到 ChIP-on-chip 定位分析 转录组学 蛋白组学和代谢组学应用等数据类型 与安捷伦综合分析和可视化引擎结合, 这些重要功能为研究者从跨学科研究中找到线索并得出结论创造了绝佳的软件环境 转录组学 抗病水稻 : 仅生长培养基 抗病水稻 : 暴露于致命细菌 Y PCA 2 (18.44% 变异 ) Y PCA 2 (13.66% 变异 ) 代谢组学 A 转基因 LC/MS ( 正离子 ) 野生型 1 X PCA 1 (19.27% 变异 ) B 转基因 X LC/MS ( 负离子 ) 野生型 PCA 1 (35.61% 变异 ) 1 Z PCA 3 (13.75% 变异 ) 1 Z PCA 3 (11.42% 变异 ) 使用 GeneSpring GX 进行基因表达分析 ( 上图 ), 结果显示暴露于致病菌的转基因 ( 抗病 ) 水稻菌株的转录本丰度水平有明显差异 (> 2 倍 ) 使用 MPP 的 PCA 分析 ( 下图 ) 揭示了野生型和转基因水稻间特定代谢物的丰度差别 综合这两种手段获得的数据可以揭示它们间的相互关系, 从而深入探究病原体抗性的生物机理 ( 参见下页表格 ) 5

6 GeneSpring GX 软件此模块为不同数据类型 芯片平台或生物体的快速可视化和分析提供了强大易用的统计工具 研究者在单一的用户界面中就可以快速地分析 对比和查看不同实验的结果 转录组学分析 为各种转录组学应用, 例如基因表达 mirna 外显子剪接 基因组复制以及基因分型提供灵活 全面的工作流程 拷贝数分析 支持研究基因组结构变异及其在疾病敏感性和疾病进展中的意义 Mass Profiler Professional (MPP) 软件 MPP 模块使蛋白组学研究和代谢组学研究变得更加容易 MPP 强大的分析能力充分利用了质谱数据的大量信息, 能快速轻松地找出样品组之间的区别 绘制化合物丰度随时间变化的曲线并开发有效的类预测多元模型 体现 MassHunter 定性分析功能的内置 ID 浏览器, 允许研究者通过使用 LC/MS 个人化合物数据库 (METLIN) 和 GC/MS 谱库 (NIST 和 Fiehn 谱库 ) 进行化合物鉴定 全基因组关联研究 为病例对照基因关联分析提供全面 的工作流程 基因名称和代谢物 野生型 ( 易感株 ) vs 模拟感染 转基因 ( 抗病株 ) vs 模拟感染 转基因 ( 易感株 ) vs 模拟感染 水稻异柠檬酸裂解酶 (ICL1) + 微阵列 GC LC 微阵列 GC LC 微阵列 GC LC 柠檬酸 琥珀酸盐 乙醛酸盐 葡萄糖 + 丙酮酸盐 β-1, 3- 葡聚糖 ++ 几丁质酶 ++ N- 乙酰基 -D- 葡萄糖胺 谷氨酸脱羧酶 (GAD1) GABA(4- 氨基丁酸 ) + ++ 谷氨酸 + + 苯丙氨酸氨裂解酶 (PAL) ++ 苯丙氨酸 + 谷胱甘肽 S- 转移酶 + ++ 氧化谷胱甘肽 + 脂质转移蛋白质 b1 + UDP- 葡萄糖 : 水杨酸葡萄糖基转移酶 (SA-GTase) 尿苷 5' 二磷酸盐 ++ UDP- 葡萄糖 ++ 水杨酸盐 整合转录组学与代谢组学 结合转录组学与代谢组学研究的信息, 揭示了基因表达与代谢谱之间微妙的相互关系 在两类水稻的感染中, 谷氨酸脱羧酶基因与关联代谢物 (GABA 与谷氨酸 ) 都发生了上调, 而谷胱甘肽转移酶基因及其代谢物 ( 氧化谷胱甘肽 ) 在野生型和转基因株中受到的调控则有所不同 综合考虑这些结果, 就可能找出病原体抗性内在机制的线索 6

7 ( , p=2.10e-04) ( , p=5.40e-04) ( , p=7.50e-05) ( , p=8.40e-04) ( , p=6.90e-04) ( , p=6.30e-04) ( , p=9.10e-04) PCA vs. ( , p=1.30e-04) T4 ( , p=8.40e-04) mirna Oncomine PCA ( , p=4.80e-04) N1 ( , p=3.20e-04) HSA-MIR-128B (108195, p=5.90e-04) HSA-MIR-128A (111659, p=7.90e-04) 网状分析图显示了涉及不同癌症 ( 蓝色 ) 的基因簇及其与 HSA-MIR 128 基因 ( 红色 ) 的关系 HSA-MIR-128 是一种前列腺癌未曾涉及的负调控基因 一份最近的蛋白 组学研究显示, 一些由 HSA-MIR-128 调控的蛋白质在转移性前列腺癌中显现增强的表达, 这表明 HSA-MIR-128 参与了转移 通路分析模块 GeneSpring 通路分析模块能够轻松整合来自 wiki-pathways ( 维基 - 通路 ) 和 Pathways Commons 等的 BioPax 格式公开通路 此外, 提供的连接器还能将 GeneSpring 数据传输到商业通路模块 ( 如 GeneGo 和 Ingenuity), 以进行更全面的生物学分析 下一步, 安捷伦将致力于为全部数据类型提供统一的分析平台, 并积极加强其信息工具与学术社团支持的开源工具 ( 如 Cytoscape, 参见 间的连接 (2^- ct) BPH PCA Mets HSA-MIR-128 基因表达的重新审查显示, 细胞中的表达有不正常的升高, 而在转移细胞中没有出现表达 此外, 敲除对照组细胞中的该基因导致 转移 活性的增加 因此, 将蛋白组学研究与基因表达研究整合, 我们成功揭示了一个仅评估基因表 达时遗漏的新的转移相关基因 7

8 安捷伦系统 生物学平台概况 多种极为灵活可靠的平台 试剂和耗材, 包括 : 基因组学 CGH 与 CNV 芯片平台 PCR 与 qpcr 平台 2100 生物分析仪样品质量控制与定量 SureSelect 靶向序列捕获试剂 (SureSelect DNA 捕获芯片与 SureSelect 靶向序列捕获系统 ) 自动化解决方案 (Bravo 自动化液体处理器 竖式移液工作站 BioCel 与 BenchCel 系统 ) 一系列高度灵活可靠的平台 试剂和耗材, 包括 : 转录组学 基因表达芯片 ChIP-on-chip 芯片 DNA 甲基化芯片 mirna 芯片平台 用于样品制备和质量控制的试剂与仪器 支持基因表达谱分析的下一代测序的试剂与仪器 8

9 一系列高度灵活可靠的平台 试剂和耗材, 包括安捷伦 LC/MS 仪器产品线 : 蛋白组学 6200 系列精确质量飞行时间质谱仪 6400 系列三重串联四极杆液质联用系统 6500 系列四极杆 - 飞行时间质谱仪 HPLC-Chip/MS 系统 各类高度灵活可靠的平台 试剂和耗材, 包括 LC/MS 仪器产品系列 : 代谢组学 6200 系列精确质量飞行时间质谱仪 6400 系列三重串联四极杆液质联用系统 6500 系列四极杆 - 飞行时间质谱仪 1200 Infinity 系列 HPLC 模块 ( 包含 1290 Infinity LC 系统 ) GC/MS 仪器 : 5975 系列 GC/MS 7000 系列三重串联四极杆气质联用仪 9

10 推动研究走向未来 安捷伦正努力开发新一代系统生物学仪器和生物信息学工具, 可供您分析数据并整合组学平台间的信息 这包括综合了 GeneSpring GX 和 Mass Profiler Professional 的新一代系统生物学软件, 它使在单个软件平台上分析基因组学 转录组学 蛋白组学和代谢组学数据成为可能 将我们的信息学工具进行整合, 能够让研究者在单一的软件环境下工作, 并使用相同的统计分析和可视化工具来分析不同组学的数据 我们还将努力拓展软件开发, 以便整合跨越不同组学平台的数据分析, 简化通路和分子相互作用网络的分析过程 我们 最初的软件平台将以 Cytoscape 为基础, 允许用户添加他们的想法和数据, 并可以进行转录组学和代谢组学数据的共同分析 我们将以协作的方式建立并优化系统生物学解决方案, 与广泛的科研团体合作开发这一软件, 并对其进行优化和改进, 以整合蛋白组学数据分析 在安捷伦, 我们与您共同努力, 以全面发掘生物研究整合方法的潜能 请与您的安捷伦代表联络, 或访问我们的网站, 以便随时了解我们为系统生物学开发的最新解决方案 安捷伦系统生物学软件向更好的数据整合与分析迈进 10

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