学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

海量质谱数据深度解析新方法及其应用

作　者: 牛明
导　师: 钱小红; 张养军
学　校: 中国人民解放军军事医学科学院
专　业: 药物分析
关键词: 液相色谱-串联质谱 高精度质谱仪 标准肽段 数据库搜索 谱图解析 动态排除 解离窗口 混合谱图 单同位素峰 蛋白质组学
分类号: O657.63
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 217次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


生物质谱技术的飞速发展为蛋白质组学的研究提供了重要的技术支持,特别是液相色谱-串联质谱联用技术凭借其高灵敏度、高通量和高精度的优点,已经成为大规模蛋白质鉴定的主要技术。然而,随着质谱仪检测速度和检测精度的提高,质谱产出的数据也成倍增加,如何正确解析这些质谱数据成为蛋白组学研究的一大挑战。为满足蛋白质组学研究中海量数据解析的需求,自动化分析流程是不可缺少的,目前主要的质谱数据的解析方式是通过蛋白质序列数据库搜索进行蛋白质鉴定,然而常用数据库搜索方式对串联质谱数据谱图的解析能力有限,即使对于高精度的质谱数据而言,谱图的解析率亦不超过30%。影响质谱数据解析的因素是多方面的,包括样本本身的复杂程度、样本制备过程引入的不确定因素以及质谱数据采集和分析过程的不同等。为了降低质谱数据分析过程中各种因素的影响,通常以标准品作为参考,规范和评价质谱数据的产生与分析流程。其中由于合成肽段具备序列信息明确,样本构成简单,不易受外界污染物影响等特点,能够作为质谱性能评价和数据分析方法评价的参考物质,因此,本文以化学合成肽段作为标准品,分别从质谱仪的扫描精度、质谱仪的参数设置、样本的复杂程度以及数据处理等方面深入分析了影响质谱数据解析的因素。该标准品共包含30个质谱响应较好的特征肽段,分别来源于腾冲嗜热厌氧菌(Thermoanaerobacter tengcongensis,TTE)表达丰度不同的15个蛋白质,且与酵母蛋白质序列同源性较小,可用于构建以酵母为基体的复杂体系样本。通过对合成肽段的色谱与质谱表征,表明30个合成肽段样本色谱纯度均达99%以上,且肽段含量较高,序列合成正确,适合于构建标准品。通过标准肽段的高精度质谱数据分析,结果表明串联质谱扫描中一级质谱仪的分辨率提高虽然能够提供准确的一级母离子的质量数,但受仪器本身固有特征与参数设置的影响,仅仅依赖质谱选择的母离子并不一定能够使所有二级谱图得到鉴定。其中,离子动态排除和较宽的离子解离窗口设置是产生这一现象的重要原因,两者共同作用容易导致较宽质荷比范围内的所有离子共碎裂产生混合谱图。随着检测样本复杂程度的增加,混合谱图的比列也显著增高,而混合谱图的低解析率成为影响质谱数据解析率的重要因素之一为了提高谱图的正确鉴定率,本研究以混合谱图作为主要研究对象,深入分析其谱图的特征,并利用这些特征对混合谱图进行鉴定。经过对大量质谱谱图的分析,发现造成混合谱图解析率低的原因主要包括两部分,一是不能正确识别形成混合谱图的所有母离子单同位素峰,二是混合谱图中未鉴定碎片离子的影响。针对第一种原因,本研究提出了一种基于同位素峰强度比值的单同位素峰识别算法(Peak intensity ratio-based monoisotopic peak determination algorithm, PIRMD),该算法首先利用相邻同位素峰的强度比值对母离子单同位素峰的边缘特征进行分析,并利用该特征识别未发生同位素峰混叠的母离子的单同位素峰,其次对于产生混叠的母离子的单同位素峰,通过构建实验同位素峰分布与理论分布之间的误差函数加以识别。对标准品样本与复杂蛋白质样本的质谱数据分析表明,PIRMD能够较为有效地提高质谱数据的解析率,其中复杂样本鉴定结果表明解析质谱图的25%来自混合谱图。针对第二种原因,本研究从反转谱图的思想出发,充分利用高精度质谱数据中一级扫描的高准确度与二级扫描碎片离子的互补特征,提出了一种基于碎片离子对的混合谱图分离算法(Chimera identification algorithm based on fragment ion pairs, CHIFP)。通过对理论参考数据集的鉴定结果分析,CHIFP算法能够在正确识别混合谱图母离子的前提下,可将母离子强度较低的混合谱图解析率提高约20%。标准肽段数据集与腾冲嗜热厌氧菌蛋白质样本数据集的鉴定结果表明,与PIRMD相比,CHIFP并没有显著提高总谱图的鉴定率(仅提高1～2%),但TTE蛋白质样本的肽段鉴定结果与蛋白质鉴定结果证明,CHIFP可有效增加对混合谱图的解析能力,受此影响的肽段鉴定数目增加了4%,而蛋白质鉴定数则增加了约10%,且经该算法过滤后混合谱图的鉴定率与非混合谱图的鉴定率基本持平。由此可见,CHIFP是一种非常有效的混合谱图解析算法,有助于对海量质谱数据的深度解析。

全文目录


目录  5-8
中文摘要  8-10
Abstract  10-12
縮略语索引  12-13
第一章 前言  13-23
  1 基于生物质谱的蛋白质鉴定技术  13-17
    1.1 蛋白质及其酶切  14-15
    1.2 液相色谱-串联质谱联用技术  15-16
    1.3 质谱数据分析  16-17
  2 蛋白质组学海量质谱数据的解析  17-18
  3 基于标准品的蛋白质组学研究  18-19
  4 本文立题依据  19-23
    4.1 研究背景  19-20
    4.2 主要研究内容  20-23
第二章 标准肽段样本的构建与表征  23-35
  1 材料与方法  23-28
    1.1 主要试剂  23-24
    1.2 主要仪器  24
    1.3 样品制备  24
      1.3.1 腾冲嗜热厌氧菌样本制备  24
      1.3.2 标准肽段样品制备  24
    1.4 实验方法  24-28
      1.4.1 MALDI-TOF/TOF质谱分析  24-25
      1.4.2 LTQ-FT串联质谱分析  25
      1.4.3 LTQ-Orbitrap串联质谱分析  25-26
      1.4.4 高纯度肽段标准品的构建  26-28
  2 结果与讨论  28-34
    2.1 高纯度合成肽段的色谱表征  28-29
    2.2 高纯度合成肽段的MALDI源质谱表征  29-31
    2.3 高纯度合成肽段的ESI源质谱表征  31-34
      2.3.1 标准肽段序列的正确性  31-32
      2.3.2 标准肽段样本中的物质组成及含量  32-34
  3 本章小结  34-35
第三章 基于标准肽段混合物的质谱数据深度解析  35-55
  1 材料与方法  35-38
    1.1 主要试剂  35
    1.2 主要仪器  35
    1.3 样本制备  35-36
      1.3.1 等摩尔标准肽段简单体系样本  35
      1.3.2 等摩尔标准肽段复杂体系样本  35-36
      1.3.3 不等摩尔标准肽段简单体系  36
      1.3.4 不等摩尔标准肽段复杂体系  36
    1.4 实验方法  36-38
      1.4.1 数据来源  36-37
      1.4.2 色谱质谱条件  37
      1.4.3 数据库检索  37-38
  2 结果与讨论  38-52
    2.1 质谱仪精度对质谱数据解析的影响  38-47
      2.1.1 一级高精度扫描对质谱数据解析率的影响  38-44
      2.1.2 二级高精度扫描对质谱谱图解析率的影响  44-47
    2.2 不同数据库检索软件对谱图解析的影响  47-48
    2.3 样本复杂程度对质谱数据解析的影响  48-52
  3 本章小结  52-55
第四章 基于高精度质谱数据的母离子识别算法  55-67
  1 材料与方法  55-59
    1.1 主要试剂  55
    1.2 主要仪器  55
    1.3 样品制备  55-56
      1.3.1 等摩尔标准肽段混合物样本  55
      1.3.2 腾冲嗜热厌氧菌蛋白质酶切肽段样本  55-56
    1.4 实验方法  56-59
      1.4.1 数据来源  56
      1.4.2 色谱质谱条件  56
      1.4.3 数据库检索  56-57
      1.4.4 基于同位素峰强比值的母离子识别算法  57-59
  2 结果与讨论  59-66
    2.1 单同位素峰边缘特征的确定  59-60
    2.2 混合谱图母离子单同位素峰识别  60-64
    2.3 PIRMD算法评价  64-66
  3 本章小结  66-67
第五章 基于高精度质谱数据的混合谱图解析算法  67-79
  1 试剂与方法  67-68
    1.1 主要试剂  67
    1.2 主要仪器  67
    1.3 样本制备  67-68
  2 实验方法  68-69
    2.1 高精度质谱数据获取  68
    2.2 数据库检索  68
    2.3 基于高精度数据的混合谱图解析算法  68-69
  3 结果与讨论  69-78
    3.1 混合谱图解析算法可行性分析  69-73
      3.1.1 二级谱图中碎片离子对称性分析  70-71
      3.1.2 互补碎片离子误差和的分布  71-72
      3.1.3 碎片离子误差及二级谱图质谱峰间距分布  72-73
    3.2 混合谱图解析算法  73-75
    3.3 混合谱图解析算法评价  75-78
      3.3.1 混合谱图参考数据集解析  75-76
      3.3.2 标准肽段混合物样本质谱数据解析  76-77
      3.3.3 腾冲嗜热厌氧菌样本质谱数据解析  77-78
  4 本章小结  78-79
全文总结  79-81
参考文献  81-89
文献综述  89-97
  参考文献  93-97
代表性论著  97-121
攻读博士学位期间发表的文章  121-123
个人简历  123-125
致谢  125

相似论文

  1. 棉花纤维初始发育的磷酸蛋白质组学研究,S562
  2. 溶藻弧菌耐四种抗生素的蛋白质组学研究,S941
  3. 除草剂溴苯腈与硝磺草酮在玉米和土壤中的残留研究,S481.8
  4. 甘蓝型油菜种质资源芽期和苗期耐盐性鉴定与双向电泳体系的建立,S565.4
  5. 液相色谱串联质谱法测定动物源性食品中β2-肾上腺素激动剂方法的研究,TS207.3
  6. 陆地棉细胞质雄性不育及其恢复机制的研究,S562
  7. LC-MS/MS法研究黄体酮乳膏剂在Beagle犬体内的药物动力学,R96
  8. 食品包装纸中有害化学物的分析测定及迁移研究,TS206.4
  9. 乙型肝炎病毒相关性肾炎尿液蛋白质组学的研究分析,R692.3
  10. 正常肝细胞系Chang Liver和肝癌细胞系HepG2的定量蛋白质组学研究,R735.7
  11. 二氮嗪后处理在大鼠心肌线粒体比较蛋白质组学的研究,R965
  12. BmCPV与BmNPV多角体对异源蛋白的包埋特性研究,S884.5
  13. 须癣毛癣菌肉芽肿株、体癣株生物学性状，基因分型，比较蛋白质组学的研究,R756
  14. 血清同型半胱氨酸、血管内皮微颗粒与子痫前期发病机制的研究,R714.245
  15. 广泛耐药与耐多药结核分枝杆菌蛋白质组学比较研究,R446.5
  16. 缺血后处理在大鼠心肌线粒体比较蛋白质组学的研究,R614
  17. 菊花花色嵌合体生物学特性及形成机理的研究,S682.11
  18. 液质法测定贝类中软骨藻酸及毒素在小鼠体内分布和代谢的研究,R114
  19. 高效液相色谱—串联质谱测定水产品中五种镇静剂残留方法的研究,R155.5
  20. 玉米幼苗根系在碳酸钠胁迫下的差异蛋白质组学分析,S513
  21. 蛋白质组学方法筛选乳腺癌化疗敏感性和耐药性血清标记物,R737.9

中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 分析化学 > 仪器分析法（物理及物理化学分析法） > 质谱分析
© 2012 www.xueweilunwen.com