Reverse metabolomics for the discovery of chemical structures from humans

代谢组学 背景(考古学) 胆酸 串联质谱法 生物化学 微生物群 胆汁酸 生物 化学 计算生物学 质谱法 生物信息学 色谱法 古生物学
作者
Emily C. Gentry,Stephanie L. Collins,Morgan Panitchpakdi,Pedro Belda-Ferre,Allison K. Stewart,Marvic Carrillo Terrazas,Hong-Yang Lu,Simone Zuffa,Tingting Yan,Julián Ávila-Pacheco,Damian R. Plichta,Allegra T. Aron,Mingxun Wang,Alan K. Jarmusch,Fuhua Hao,Mashette Syrkin-Nikolau,Hera Vlamakis,Ashwin N. Ananthakrishnan,Brigid S. Boland,Amy Hemperly,Niels Vande Casteele,Frank J. Gonzalez,Clary B. Clish,Ramnik J. Xavier,Hiutung Chu,Erin Baker,Andrew D. Patterson,Rob Knight,Dionicio Siegel,Pieter C. Dorrestein
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:626 (7998): 419-426 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06906-8
摘要

Determining the structure and phenotypic context of molecules detected in untargeted metabolomics experiments remains challenging. Here we present reverse metabolomics as a discovery strategy, whereby tandem mass spectrometry spectra acquired from newly synthesized compounds are searched for in public metabolomics datasets to uncover phenotypic associations. To demonstrate the concept, we broadly synthesized and explored multiple classes of metabolites in humans, including N-acyl amides, fatty acid esters of hydroxy fatty acids, bile acid esters and conjugated bile acids. Using repository-scale analysis1,2, we discovered that some conjugated bile acids are associated with inflammatory bowel disease (IBD). Validation using four distinct human IBD cohorts showed that cholic acids conjugated to Glu, Ile/Leu, Phe, Thr, Trp or Tyr are increased in Crohn's disease. Several of these compounds and related structures affected pathways associated with IBD, such as interferon-γ production in CD4+ T cells3 and agonism of the pregnane X receptor4. Culture of bacteria belonging to the Bifidobacterium, Clostridium and Enterococcus genera produced these bile amidates. Because searching repositories with tandem mass spectrometry spectra has only recently become possible, this reverse metabolomics approach can now be used as a general strategy to discover other molecules from human and animal ecosystems.
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