[發明專利]一種代謝混合物MS/MS質譜的仿真生成方法及系統

有效

• 申請號: 201610049964.4
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105760708B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 周家銳;紀震;殷夫;朱澤軒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G06F19/12
• 分類號: G06F19/12
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開一種代謝混合物MS/MS質譜的仿真生成方法及系統。本發明不依賴于真實實驗，可通過修改參數設定，大量產生所需的代謝混合物MS/MS仿真質譜，其成本極低，樣本量不受采集條件限制。此外，當條件與環境變動時，也無需重新設計并進行實驗；有助于提升代謝組學的研發效率。本發明使用非線性回歸模型生成MS/MS仿真質譜，避免了傳統算法中簡單線性疊加所帶來的準確性問題。此外，通過統計真實代謝質譜數據建立噪聲概率模型，涵蓋了現實應用中需要面臨的復雜干擾情況。所生成的質譜數據更符合實際，可有效指導代謝組學的前期研發，并部分用于算法性能的驗證。

技術領域

本發明涉及仿真領域，尤其涉及一種代謝混合物MS/MS質譜的仿真生成方法及系統。

背景技術

代謝物是生物體內完成代謝過程的小分子有機化合物總稱，其包含了豐富的生理狀態信息。代謝組學基于對代謝物的整體系統性研究，可有效揭示生理現象背后的真實機理，并更為全面地展示生命體的動態狀態，因此獲得了越來越多的重視，被廣泛應用于諸多科研與實用領域中。質譜分析(Mass Spectrometry,MS)是代謝組學最為重要的研究工具之一。其中的二級質譜(MS/MS)因其可有效鑒別不同代謝物質，并準確衡量信號強度，近年來已成為主要的發展方向，其數據形式如圖1和圖2所示。在實際應用中，一般需分析包含多種代謝物的混合物質，其MS/MS質譜成為相關研究與開發的數據基礎。

現有的代謝混合物MS/MS質譜主要由兩種方法獲得：

第一種是直接通過實際實驗，使用質譜儀取得特定混合物樣本的MS/MS質譜，這一方法可得到真實的譜線數據，是代謝組學最為重要的信息來源與支撐。但其成本較高，在不同混合物與參數條件下的質譜差異較大，難以滿足相關研究的需求。

第二種是使用計算機仿真技術，根據已知的單一代謝物MS/MS質譜及理化知識，生成推定的譜數據(Putative Spectra)。此方法成本較低，可大量產生特定參數條件下的代謝混合物仿真質譜。但準確度不高，用于研究開發可能導致錯誤結果。

在現有的代謝組學研究中，一般使用計算機仿真所生成的MS/MS質譜數據進行初期研發，而后再基于實驗數據驗證其真實性能。仿真質譜的準確程度決定了相關研究的質量與速度。

現有基于實驗的代謝混合物MS/MS質譜生成方法，其缺點在于：

第一，混合物中的各種化學分子在進行二級質譜分析時會相互影響，所產生的MS/MS數據并非各單一物質譜線的簡單疊加。且質譜儀參數設置不同，譜線分布也會有所差異。因此實驗數據往往難以重復利用，需針對特定的研發項目，重新設計并采集所有的質譜信息，所需成本極高。

第二，某些特定的代謝混合物，例如糖尿病人的血液樣本等，采集難度較大、成本較高。且在每個個體上僅能獲得有限的樣本量，其總數難以保證。影響了后續研究的進行。

現有基于計算機仿真的混合物MS/MS質譜生成方法，其缺點在于：

第一，現有算法往往基于各單一代謝物質譜的線性疊加，與實際情況中的非線性混合狀況差異較大。當用于代謝組學研究時，容易導致模型過于簡化。在真實的混合物MS/MS質譜上的分析性能不佳。

第二，現有方法所使用的噪聲模型過于簡單，一般為與生物信息無關的高斯噪聲或編輯誤差等，所生成的MS/MS仿真質譜難以反映實際情況。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種代謝混合物MS/MS質譜的仿真生成方法及系統，旨在解決現有的代謝混合物MS/MS質譜生成方法要么成本高、采集難度大、要么分析性能不佳、誤差大等問題。

本發明的技術方案如下：

一種代謝混合物MS/MS質譜的仿真生成方法，其中，包括步驟：