中国迷信院上海有机化学钻研所生物与化学交织钻研中间朱正江钻研员课题组在Nature Co妹妹unications杂志在线宣告了题为“Metabolite Annotation from Knowns to Unknowns through Knowledge-guided Multi-layer Metabolic Networking”的研品评辩说文 (Nature Co妹妹unications, 2022, 13: 6656) 。该使命睁开了一种知识驱动的有机多层代谢收集技术(Knowledge-guided multi-layer networking, KGMN)，在重大生物样本中实现为了未知代谢物的织中知代大规模判断。朱正江课题组结业生周智伟博士，间宣集技博士钻研生罗名都同砚是告多论文的配合第一作者，中国迷信院上海有机化学钻研所生物与化学交织钻研中间为第一单元。层代

性命体代谢组不光搜罗内源性发生的谢收谢物信网已经知代谢物，还搜罗微生物菌群、大规的判断往植物、上海所交术并实现事迷食物以及其余源头的有机未知代谢物。这些未知代谢物对于性命行动起到紧张的织中知代调控熏染。可是间宣集技，若何大规模判断未知代谢物因此子女谢组学钻研中的告多热门以及难点。在前期钻研中，层代朱正江课题组睁开了基于代谢反映收集的谢收谢物信网代谢组学技术MetDNA（Nature Co妹妹unications, 2019, 10: 1516）。该技术运用代谢反映收集中产物以及底物存在妄想相似性以及二级质谱图相似性的基源头根基理，妄想了代谢物二级质谱图“谱图借用”以及“一再迭代”算法，运用尺度谱图库判断出的代谢物作为种子，依靠代谢反映收集妨碍代谢物诠释的迭代以及传递，突破了尺度二级质谱图库的拆穿困绕度限度，实现大规模的已经知代谢物判断。可是该技术依然存在一些规模：1) 代谢物判断传递的历程是仅限于已经知代谢反映收集，因此无奈用于发现新的未知代谢物；2) 重大质谱数据中的大批冗余信号 (彷佛位素峰、加合物峰、中性损失以及源内裂解等)会对于代谢物的判断组成假阴性。

针对于以上下场，作者进一步睁开了知识驱动的多层代谢收集技术(KGMN)，实现为了从已经知代谢物判断未知代谢物的能耐，并清晰提升了代谢物判断的精确度。基于该技术，作者开拓了第二代MetDNA软件（MetDNA2）。该技术初次整合了3层代谢收集（图1）：1) 知识驱动的代谢反映收集；2) 知识向导的二级质谱图相似性收集；3) 全局代谢峰相关性收集。首先，作者运用实际代谢反映对于已经知的代谢反映收集妨碍扩展，从而构建了搜罗已经知以及未知代谢物的扩展代谢反映收集（KMRN，收集1）。MetDNA2从尺度谱图库判断出的种子代谢物动身，基于扩展代谢反映收集以及“谱图借用”策略，构建二级质谱图相似性收集（收集2）。该策略可能经由一再迭代以及循环扩增的算法，将代谢组学质谱数据中的所有已经知以及未知代谢物衔接，直到不新的诠释代谢物。在收集2中，代谢物节点之间的衔接有四个限度条件：MS1 m/z、保存光阴、MS/MS谱图相似性以及代谢反映转化（metabolic biotransformation）。对于诠释到的每一个代谢物，MetDNA2会进一步经由靶向检索其相关的冗余质谱特色峰（彷佛位素峰、加合物峰、中性损失以及源内裂解等），并构建全局代谢峰相关性收集（收集3）。最后，运用全局代谢峰相关性收集，MetDNA2对于诠释的代谢物服从妨碍全局优化，提升代谢物判断的精确度，去除了假阴性诠释服从返回最终判断服从。全部数据处置流程全程自动化，无需家养干涉，提升了数据合成的功能。

图1 知识驱动的多层代谢收集技术KGMN

运用上述技术，MetDNA2对于已经知代谢物的判断精确性从~70%提升至>95%。同时，在差距的生物样本中，MetDNA2还可能判断~100-300个未知代谢物；对于单个生物样本判断的代谢物数目在2000-5000个摆布。在MetDNA2中，每一个判断服从均凭证国内代谢组学协会尺度指定特定的可信度。此外，MetDNA2还搜罗了一系列紧张的更新以及降级，如周全降级的尺度代谢物谱图数据库(>2000个代谢物)；两种差距色谱系统的保存光阴数据库 (HILIC 以及C18系统)；适配所有厂商的高分说二级质谱数据等。

为了利便相关规模钻研者运用该工具，课题组提供了用户友好型的界面以及网站MetDNA2 (http://metdna.zhulab.cn/)，学术用户可能收费注册运用。该使命所开拓的KGMN技术已经恳求了国家缔造专利以及国家软件著述权。相关技术以及软件的商业用途需要分割朱正江钻研员妨碍授权运用。该使命患上到了国家做作迷信基金委、科技部、中国迷信院、上海市科委等的扶助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34537-6