MetaboScape^®

MetaboScape^® 是一块多功能的软件，不管是ESI的组学数据，还是 MALDI 成像的数据，都可以实现快速分析并寻找生物标志物。

MetaboScape^® 可运用于各应用领域，包括代谢组学、脂质组学、表型组学、食品组学、环境和制药等，为用户提供从基础鉴定到高级统计分析等多种实用功能。

• 使用强大的 T-ReX^® 算法进行数据预处理共作，进行保留时间对齐、去同位素峰和特征峰提取；
• 目标化合物可以使用用户自定义的鉴定列表自动进行注释；
• 未知物的鉴定，可通过数据库检索，计算机模拟二级碎片等方式鉴定；
• 使用监督和无监督的统计学计算方法对复杂数据进行可视化，如 PCA、PLS、T-test 等；
• 使用五个维度的指标对鉴定结果进行评分；
• 代谢通路图匹配将鉴定到的代谢物显示到通路图中，从而将数据和已知信息结合；
• 使用本地代谢物预测功能对药物代谢物进行预测并鉴定；
• 批次间校正功能消除大队列样本带来的误差；
• 时间序列图显示代谢物随时间的变化；
• 针对脂质组学的注释工具包，包含 rule based annotation，4D Kendrick 质量缺陷图和 CCS 预测；
• 为了简化已知物的鉴定，MetaboScape^® 支持 MetaboBASE 个人库、HMDB 代谢物库、布鲁克 Summer 植物库（ 包括 > 130 化合物的 CCS 值 ）以及客户自定义库；
• 可导出 GNPS（ Global Natural Products Social Molecular ）支持的数据格式；
• 客户端-服务器体系结构，单个许可证支持多台电脑同时安装，多个用户同时分析数据，数据和方法可共享；
• MetaboScape^® 中的 Semi-Targeted 工作流程与 TASQ^® 软件的靶向绝对定量的流程可相结合。

MetaboScape^® 提供交互式动态用户界面，可在特征表中快速导航，运用统计学工具突出关键特征值，并对分子注释进行评估。MS/MS 谱图会根据注释类型，自动选择以下注释方法：

• SF (SmartFormula):  生成碎片峰分子式并测量中性丢失。
• LS (Lipid Species):  识别与侧链中性丢失或脂质头部基团碎裂等相关的特征 MS/MS 谱峰。
• SL (Spectral Library):  显示蝶形图，上方为实测谱图，下方为数据库中谱图。
• MF (MetFrag):  展示哪些 MS/MS 峰与注释化合物的碎片结构相匹配。

非靶向分析的目标是寻找具有特定生理状态或样本的特征。然而目前没有一个工作流程可以同时获得化合物的空间位置信息和动态变化信息，因此需要整合来自不同仪器平台的数据。MetaboScape^® 可以同时处理来自 ESI 和 MALDI 成像的数据，并互为补充，互相验证，在确定化合物变化量的同时，确定其空间位置信息。

MetaboScape^® 软件内部集成多种实用工具，可进行未知化合物的识别鉴定工作。SmartFormula 3D 可实现基于母离子和碎片离子的准确分子式计算；CompoundCrawler 检索本地和公共的数据库（ 如 pubchem、chemspider 等）；MetFrag 计算机模拟理论二级碎片谱图并和实测 MS/MS 谱图进行匹配鉴定化合物。

未知物鉴定流程:

A) SmartFormula 3D 通过碎片和母离子的准确质量数和同位素峰信息将母离子可能的分子式进一步筛选，将最终的候选结果限制在一个或几个之内;

B) CompoundCrawler 检索本地和公共数据库之后给出可能的结构式列表;

C) MetFrag 计算机模拟理论二级碎片，与实测 MS/MS 谱图相匹配并打分;

D) MS/MS 谱图关联匹配可寻找相类似的二级谱图，对结构可能相似的同类化合物进行鉴定。

药物代谢物鉴定是药物研究中经常涉及到的研究内容，同时在代谢组学、表型组学、暴露组学和非靶向筛查中也有越来越多的涉及。研究对象主要为药物的代谢物或者环境毒物（ 如农残、麻醉剂和其它有毒物质等 ）在环境中的代谢产物。

MetaboScape^® 内置的插件 BioTransformer¹ 可实现本地的代谢物预测功能，只需输入药物原型即可推测代谢产物。支持代谢组学以及 SpatialOMx^® 空间多组学的数据分析。同时，还可获得时间序列图对代谢物随时间的变化情况进行半定量的追踪显示。

^{( [1] Djoumbou-Feunang et al.; Journal of Cheminformatics 2019, 11:2 ).}

MetaboScape^® 中最新的脂质注释规则流程中包含的脂质类别均遵循了脂质组学标准倡议（ LSI ）的规则。新的注释规则检索时运行更加快速，同时使用了类别注释的方法避免了过度注释。

MetaboScape^® 可以在数据中查看 Kendrick 质量亏损图，即同类型化合物（ 相差重复结构单元，如 CH₂ ）的分布情况，这对于脂质鉴定结果的确证有着很大的帮助。4D Kendrick 质量亏损图包含 4 种信息（ x 轴、y 轴、颜色和气泡大小 ），可从不同维度来查看数据。

• 保留时间 - 质荷比图：不同的颜色表示不同类型脂质化合物的分布情况。这可以使研究者快速发现出现明显偏差的鉴定结果；
• 质荷比 - CCS 值图：可看到同类型脂质，随着碳数增加，CCS 值线性增加；随着双键数增加，CCS 值线性降低。通过这一规律可快速去除假阳性结果；
• 质荷比 - KMD（ CH₂ ）图：可以快速查看某一脂质类型的分布情况。KMD 值相同的代表脂质的不饱和度相同且脂质类型相同。图中所示的 TG，从颜色判断保留时间符合预期，CCS 值随着不饱和度的下降而升高。

代谢组学和脂质组学的主要需求是快速寻找并鉴定那些由于疾病或者其他因素而导致变化的化合物。保留时间、母离子质量数、同位素峰型和 MS/MS 谱图是常用的用来鉴定化合物的依据。timsTOF Pro 使用 PASEF^® 扫描模式可在 1 秒钟内获得上百张二级谱图，可在单针数据之内实现深度的二级数据覆盖。同时，由于淌度的分离，PASEF^® 数据的 MS/MS 谱图更为干净。淌度同时可以获得对应 m/z 的 CCS 值信息，从而进一步对化合物进行鉴定。

MetaboScape^® 可与成像数据处理软件 SCiLS™ Lab 联合使用，使用 T-ReX² 算法，对空间定位组学中的非靶向代谢物、脂质和糖等进行分析鉴定。同时，新升级的 T-ReX³ 算法，首次实现了 CCS 值的引入，使用 CCS 值对 MALDI 成像数据进行更高准确度的鉴定。

基于 MRMS 的表型组学工作流程 FIA-MRMS，依托质谱的超高分辨率，无需液相分离，可大幅提高样品通量。同时还可检测到许多 LC-MS 无法检测到的化合物，支持靶向和非靶向分析。MetaboScape^® 的 T-ReX^® 2D 算法提供了响应的数据处理方法，可实现高置信度的峰对齐。新型的 scimaX^® MRMS 可实现 > 100 万的质量分辨率及 < 0.2 ppm 的质量准确度。超高的分辨率可检测到化合物的精细同位素峰结构，从而确定元素组成。这位非靶向代谢物的鉴定增加了更多的确信度。