Метаболомика как сервис

01Обзор и цепочка создания стоимости

Маркеры: [EC: Диагностика in-vitro и биоаналитические услуги | OECD: Геномика и биоинформатика | Регулятор: FDA (США), EMA (ЕС), NMPA (Китай)]

Метаболомика как сервис профилирует весь набор низкомолекулярных метаболитов — аминокислот, органических кислот, липидов, сахаров — в биологической пробе с помощью взаимодополняющих жидкостной и газовой хромато-масс-спектрометрии, превращая сырые спектры в панели биомаркеров, показатели лекарственного ответа и метаболические профили биопроцессов для клиентов из фармацевтики, нутрициологии и промышленной ферментации. Metabolon эксплуатирует одну из платформ нетаргетного профилирования с наивысшим покрытием в отрасли — её платформа HD4 и патентованная референсная библиотека лежат в основе как поисковых исследований биомаркеров, так и фармакометаболомных оценок реакции пациентов на новые лекарства. Biocrates Life Sciences, базирующаяся в Австрии, продаёт валидированные наборы абсолютного количественного анализа — её панель MxP Quant 500 охватывает несколько сотен метаболитов, — работающие по стандартам cGMP/GLP, что позволяет лаборатории количественно определять заданную панель метаболитов без создания собственной библиотеки референсных стандартов с нуля. Creative Proteomics управляет интегрированной мультиомиксной CRO в США, предлагающей глубокие панели центрального углеродного обмена и липидомики наряду с протеомными услугами. В Дании MS-Omics (основана в 2014 году, база в Ведбеке) предоставляет метаболомные услуги, охватывающие сельскохозяйственные, пищевые и клинические применения. В Китае Novogene — листингованная на Шэньчжэньской фондовой бирже (688315) геномная и мультиомиксная CRO, основанная в 2011 году, обслуживающая более 7300 клиентов примерно в 90 странах, — предлагает услуги нетаргетной метаболомики (ГХ-МС/ЖХ-МС) и подала в ноябре 2025 года патент на метод построения библиотеки метаболитных спектров и базы данных, напрямую релевантный повышению точности идентификации метаболитов.

Основные направления метаболомики как сервиса:

1. Нетаргетная (поисковая) метаболомика: беспристрастное профилирование методами ЖХ-МС/ГХ-МС максимально возможного числа детектируемых метаболитов в пробе, используемое для открытия новых биомаркеров или характеристики широкого метаболического сдвига.
2. Таргетная (количественная) метаболомика: абсолютное количественное определение заданной панели метаболитов с использованием изотопно-меченых внутренних стандартов и масс-спектрометрии на тройном квадруполе в режиме мониторинга множественных реакций (MRM).
3. Липидомика: обращённо-фазовое ЖХ-МС профилирование именно липидных видов (фосфолипиды, жирные кислоты, стеролы) с использованием химии колонок C8/C18, подходящей для гидрофобных аналитов.
4. Биоинформатическая аннотация и анализ путей: сопоставление измеренных масс-спектров с референсными базами данных (HMDB, METLIN) и построение многомерных статистических моделей (PLS-DA, VIP-скоринг) для выявления значимых биомаркеров из сырой таблицы пиков.

Секторальная цепочка создания стоимости

[Отбор проб и мгновенная остановка метаболизма] ──> [Экстракция и осаждение белков] ──> [Анализ ЖХ-МС / ГХ-МС]
                                                                                                  │
                                                                                    (Мониторинг пулов QC)
                                                                                                  │
     [Отчёт клиенту по биомаркерам/путям] <─── [Хемометрическое моделирование (PLS-DA/VIP)] <─── [Аннотация пиков по HMDB/METLIN]

Уровни цепочки создания стоимости

Сквозные технологии сектора:

• HILIC и обращённо-фазовая ЖХ-МС: хроматография гидрофильного взаимодействия для высокополярных метаболитов (аминокислоты, органические кислоты, сахара) в сочетании с обращённо-фазовой хроматографией C8/C18 для липидов и гидрофобных соединений, вместе покрывающие весь диапазон полярности метаболома.
• Дериватизация для ГХ-МС: двухстадийный химический процесс (метоксилирование с последующим силилированием MSTFA), превращающий полярные, нелетучие метаболиты в летучие триметилсилильные производные, пригодные для газохроматографического разделения.
• Таргетное количественное определение MRM на тройном квадруполе: таргетная масс-спектрометрия, отфильтровывающая определённый ион-предшественник, фрагментирующая его и детектирующая специфичный ион-продукт, обеспечивающая высокую селективность и чувствительность, необходимые для абсолютного количественного анализа.

02США

США — родина платформы нетаргетной метаболомики с наивысшим покрытием в отрасли и интегрированных мультиомиксных CRO-услуг.

Платформа сверхглубокого покрытия Metabolon, интегрированная мультиомиксная CRO Creative Proteomics, соответствие CLIA/CAP

• Metabolon: эксплуатирует свою нетаргетную платформу HD4 наряду с таргетными панелями (липидомика, метаболиты кишечника, окислительный стресс), опирающимися на патентованную референсную библиотеку, обслуживая как поисковые исследования биомаркеров, так и фармакометаболомные исследования лекарственного ответа для фармклиентов.
• Creative Proteomics: управляет интегрированной мультиомиксной CRO, предлагающей глубокие панели центрального углеродного обмена и липидомики с использованием масс-спектрометрии на тройном квадруполе и Orbitrap наряду с капиллярным электрофорезом с МС-детекцией, обслуживая как академических, так и промышленных клиентов.
• Регуляторный контекст: американские метаболомные лаборатории, обслуживающие клинические применения, работают по диагностическим стандартам CLIA/CAP, при этом надзор FDA распространяется на верификацию хемометрических моделей, используемых для формирования биомаркерных заключений клинического уровня.

03КНР

Китай интегрирует метаболомные услуги как в фармацевтические исследования лекарственного ответа, так и в свою самобытную исследовательскую базу традиционной китайской медицины, опираясь на крупную внутреннюю отрасль мультиомиксных CRO.

Масштаб мультиомиксной CRO Novogene, патент на библиотеку метаболитных спектров, исследование механизмов ТКМ

• Novogene: листингованная на Шэньчжэньской фондовой бирже (688315) геномная и мультиомиксная CRO, основанная в 2011 году, со штаб-квартирой в Пекинском парке жизненных наук Чжунгуаньцунь и лабораториями по всему Китаю, США, Великобритании, Германии, Сингапуре, Таиланде, Корее и Японии, обслуживающая более 7300 клиентов примерно в 90 странах; компания предлагает услуги нетаргетной метаболомики (ГХ-МС/ЖХ-МС) и подала в ноябре 2025 года патент на метод построения библиотеки метаболитных спектров и базы данных.
• Исследование традиционной китайской медицины (ТКМ): самобытное национальное применение — использование метаболомики для научной характеристики механизмов многокомпонентных травяных сборов ТКМ, отслеживая сдвиги в путях арахидоновой кислоты, липидного обмена и цикла ТКА в сыворотке пациентов до и после лечения.
• Поддержка региональных кластеров: финансирование провинциальных биомедицинских кластеров в таких регионах, как Чжэцзян и Гуандун, поддержало инвестиции в локальную масс-спектрометрическую инфраструктуру для обслуживания внутренних метаболомных CRO и стартапов.

04ЕС

Сектор метаболомных услуг Европейского союза тесно связан с исследованиями микробиома кишечника и строгими стандартами аналитической валидации.

Валидированные наборы количественного анализа Biocrates, микробиом-ассоциированные услуги MS-Omics, валидация ISO 17025

• Biocrates Life Sciences (Австрия): продаёт валидированные наборы абсолютного количественного анализа — её панель MxP Quant 500 охватывает несколько сотен метаболитов, — работающие по стандартам cGMP/GLP, позволяя лаборатории количественно определять заданную панель метаболитов на масс-спектрометрии тройного квадруполя без создания собственной референсной библиотеки.
• MS-Omics (Дания, основана в 2014 году): предоставляет метаболомные услуги, охватывающие сельскохозяйственные, пищевые и клинические применения, из своей базы в Ведбеке — часть более широкой европейской специализации на профилировании короткоцепочечных жирных кислот и желчных кислот, релевантной клиентам из сферы микробиома кишечника и функционального питания.
• Стандарт валидации ISO 17025: европейские метаболомные лаборатории работают по строгой аккредитации ISO 17025, требующей детальной валидации точности, линейности и пределов обнаружения для каждого метода экстракции и измерения.

05Ведущие компании и научно-исследовательские институты

06Технологический стек и инновации

Стек метаболомных услуг сочетает взаимодополняющие режимы хроматографического разделения со стратегиями масс-спектрометрической детекции, подходящими для экстремального химического разнообразия метаболома:

1. Разделение HILIC и обращённо-фазовой ЖХ-МС:
   • Хроматография гидрофильного взаимодействия разрешает высокополярные метаболиты (аминокислоты, нуклеотиды, органические кислоты цикла ТКА), тогда как обращённо-фазовые колонки C8/C18 разделяют липиды и гидрофобные соединения, вместе покрывая весь диапазон полярности метаболома в едином аналитическом рабочем процессе.
2. Химия дериватизации для ГХ-МС:
   • Двухстадийный процесс метоксилирования с последующим силилированием MSTFA превращает полярные, нелетучие метаболиты в летучие триметилсилильные производные, делая их разделяемыми методом газовой хроматографии на длинной капиллярной колонке.
3. Таргетное количественное определение MRM на тройном квадруполе:
   • Отфильтровывание определённого иона-предшественника (Q1), его фрагментация в соударительной ячейке (q2) и детекция специфичного иона-продукта (Q3) обеспечивают селективность и чувствительность, необходимые для абсолютного количественного анализа относительно изотопно-меченых внутренних стандартов.

07Цепочки создания стоимости и пайплайны производства

Промышленный пайплайн нетаргетного метаболомного профилирования культуральной жидкости промышленного биореактора

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. Отбор проб и           │ ───> │ 2. Экстракция метаболитов │
│    остановка метаболизма     │      │    и осаждение белков        │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. Измерение ЖХ-МС/МС     │ <─── │ 3. Сушка и дериватизация/ │
│    с мониторингом QC         │      │    растворение                │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. Аннотация пиков и      │ ───> │ 6. Хемометрическое        │
│    сопоставление с базой     │      │    моделирование и отчёт     │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

Этап 1: Отбор проб и остановка метаболизма

Культуральный бульон быстро фильтруется или центрифугируется, супернатант мгновенно охлаждается в жидком азоте, а смесь изотопно-меченых внутренних стандартов добавляется для фиксации метаболического профиля на месте до его изменения.

Этап 2: Экстракция метаболитов и осаждение белков

К пробе добавляется холодный 80% метанол, проводится вортексирование и инкубация для осаждения мешающих белков, затем центрифугирование на высокой скорости для получения осветлённого супернатанта, содержащего метаболиты.

Этап 3: Сушка и дериватизация/растворение

Экстракт высушивается в вакуумном концентраторе; для анализа ЖХ-МС высушенный остаток растворяется в стартовой подвижной фазе, а для анализа ГХ-МС проводится метоксилирование с последующим силилированием MSTFA для придания метаболитам летучести.

Этап 4: Измерение ЖХ-МС/МС с мониторингом QC

Подготовленная проба вводится в систему ЖХ-МС/МС (режим HILIC для полярных фракций), собираются масс-спектры высокого разрешения в положительной и отрицательной полярностях, а пулы контроля качества периодически измеряются для отслеживания дрейфа прибора.

Этап 5: Аннотация пиков и сопоставление с базой

Сырые спектры проходят распознавание пиков и выравнивание времён удерживания в XCMS, а обнаруженные точные массы (MS1) и спектры фрагментации (MS2) сопоставляются с референсной базой HMDB с отфильтровыванием солевых аддуктов и других артефактов.

Этап 6: Хемометрическое моделирование и отчёт

Аннотированная таблица признаков анализируется многомерными статистическими моделями (PLS-DA, VIP-скоринг) для выявления значимых биомаркеров, а результаты компилируются в отчёт по путям и биомаркерам для клиента.