RIKEN可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员开发了一种新的计算质谱系统，用于识别代谢物-用于不同活生物体的整套代谢物。当在12种植物的特定组织上测试新方法时，它能够记录上千种代谢产物。其中有数十种以前从未发现过，包括具有抗生素和抗癌潜力的那些。
常见的止痛药阿司匹林(乙酰水杨酸)最早于19世纪制成，并以柳树皮提取物而著名，柳树皮提取物是数千年前在粘土片中描述的一种药物。在发现了一种新的合成方法之后，并且在全世界范围内使用了近70年之后，科学家终于能够理解它的工作原理。这是一个漫长的历史过程，尽管植物仍然是几乎无限的药物研发和生物技术资源，但数千年不再是可接受的时间范围。
为什么要花这么长时间?
最大的问题是有数百万种植物，每种植物都有自己的代谢组，即植物新陈代谢的所有产物。目前，我们只知道所有这些天然产品的5%。尽管质谱可以识别植物代谢物，但它仅可用于确定样品中是否包含给定的分子。寻找迄今未知的代谢物是另一回事。
计算质谱法是一个正在发展的研究领域，其重点是寻找以前未知的代谢物并预测其功能。该领域已建立了代谢组学数据库和存储库，可促进对人类，植物和微生物群代谢组学的全球鉴定。在Tsugawa Hiroshi和Saito Kazuki的带领下，CSRS的团队花费了数年的时间开发了一种系统，该系统可以快速识别大量植物代谢物，包括以前从未发现过的那些。
正如Tsugawa解释的那样，“虽然没有软件能够全面识别生物体内的所有代谢物，但我们的程序在计算质谱中结合了新技术，其覆盖率是以前方法的10倍。”在测试中，虽然基于质谱的方法仅记录了约一百种代谢物，但该团队的新系统却能够找到上千种。
新的计算技术依赖于几种新算法，这些算法将标有碳13的植物与未标有碳13的植物的质谱输出进行比较。该算法可以预测代谢物的分子式并按类型分类。他们还可以预测未知代谢物的亚结构，并根据结构的相似性将它们与已知代谢物联系起来，从而有助于预测其功能。
能够发现未知代谢物是新软件的主要卖点。特别是，该系统能够鉴定大米和玉米中的一类抗生素(苯并恶嗪类)以及常见洋葱，番茄和马铃薯中具有抗炎和抗菌特性的一类(糖类生物碱)。它还能够鉴定出两类抗癌代谢产物，一种是大豆和甘草中的(三萜皂苷)，另一种是咖啡族植物中的(β-咔啉生物碱)。
除了促进植物特殊代谢组的筛选外，新方法还将加快发现可用于药物的天然产物的速度，并总体上增加对植物生理学的理解。
正如Tsugawa指出的那样，这种新方法的使用不仅限于植物。“我相信对代谢组学质谱数据的计算解码与对所有代谢的更深入了解有关。我们的下一个目标是改进这种方法，以促进人类和微生物群代谢组的全球鉴定。然后可以通过基因组学进一步研究新发现的代谢产物，转录组学和蛋白质组学。”
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