[发明专利]一种代谢混合物MS/MS质谱的仿真生成方法及系统

说明书

本发明公开一种代谢混合物MS/MS质谱的仿真生成方法及系统。本发明不依赖于真实实验，可通过修改参数设定，大量产生所需的代谢混合物MS/MS仿真质谱，其成本极低，样本量不受采集条件限制。此外，当条件与环境变动时，也无需重新设计并进行实验；有助于提升代谢组学的研发效率。本发明使用非线性回归模型生成MS/MS仿真质谱，避免了传统算法中简单线性叠加所带来的准确性问题。此外，通过统计真实代谢质谱数据建立噪声概率模型，涵盖了现实应用中需要面临的复杂干扰情况。所生成的质谱数据更符合实际，可有效指导代谢组学的前期研发，并部分用于算法性能的验证。

技术领域

本发明涉及仿真领域，尤其涉及一种代谢混合物MS/MS质谱的仿真生成方法及系统。

背景技术

代谢物是生物体内完成代谢过程的小分子有机化合物总称，其包含了丰富的生理状态信息。代谢组学基于对代谢物的整体系统性研究，可有效揭示生理现象背后的真实机理，并更为全面地展示生命体的动态状态，因此获得了越来越多的重视，被广泛应用于诸多科研与实用领域中。质谱分析(Mass Spectrometry,MS)是代谢组学最为重要的研究工具之一。其中的二级质谱(MS/MS)因其可有效鉴别不同代谢物质，并准确衡量信号强度，近年来已成为主要的发展方向，其数据形式如图1和图2所示。在实际应用中，一般需分析包含多种代谢物的混合物质，其MS/MS质谱成为相关研究与开发的数据基础。

现有的代谢混合物MS/MS质谱主要由两种方法获得：

第一种是直接通过实际实验，使用质谱仪取得特定混合物样本的MS/MS质谱，这一方法可得到真实的谱线数据，是代谢组学最为重要的信息来源与支撑。但其成本较高，在不同混合物与参数条件下的质谱差异较大，难以满足相关研究的需求。

第二种是使用计算机仿真技术，根据已知的单一代谢物MS/MS质谱及理化知识，生成推定的谱数据(Putative Spectra)。此方法成本较低，可大量产生特定参数条件下的代谢混合物仿真质谱。但准确度不高，用于研究开发可能导致错误结果。

在现有的代谢组学研究中，一般使用计算机仿真所生成的MS/MS质谱数据进行初期研发，而后再基于实验数据验证其真实性能。仿真质谱的准确程度决定了相关研究的质量与速度。

现有基于实验的代谢混合物MS/MS质谱生成方法，其缺点在于：

第一，混合物中的各种化学分子在进行二级质谱分析时会相互影响，所产生的MS/MS数据并非各单一物质谱线的简单叠加。且质谱仪参数设置不同，谱线分布也会有所差异。因此实验数据往往难以重复利用，需针对特定的研发项目，重新设计并采集所有的质谱信息，所需成本极高。

第二，某些特定的代谢混合物，例如糖尿病人的血液样本等，采集难度较大、成本较高。且在每个个体上仅能获得有限的样本量，其总数难以保证。影响了后续研究的进行。

现有基于计算机仿真的混合物MS/MS质谱生成方法，其缺点在于：

第一，现有算法往往基于各单一代谢物质谱的线性叠加，与实际情况中的非线性混合状况差异较大。当用于代谢组学研究时，容易导致模型过于简化。在真实的混合物MS/MS质谱上的分析性能不佳。

第二，现有方法所使用的噪声模型过于简单，一般为与生物信息无关的高斯噪声或编辑误差等，所生成的MS/MS仿真质谱难以反映实际情况。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种代谢混合物MS/MS质谱的仿真生成方法及系统，旨在解决现有的代谢混合物MS/MS质谱生成方法要么成本高、采集难度大、要么分析性能不佳、误差大等问题。

本发明的技术方案如下：

一种代谢混合物MS/MS质谱的仿真生成方法，其中，包括步骤：