7.22C: Metabolómica

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 60602

Boundless
Boundless

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)

\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)

\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)

\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)

\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)

\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)

\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)

\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)

\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)

\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)

\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)

\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)

\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)

\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)

\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)

Objetivos de aprendizaje

Revisar metabolómica

La metabolómica es el estudio científico de los procesos químicos que involucran metabolitos. El metaboloma representa la colección de todos los metabolitos, que son los productos finales de los procesos celulares, en una célula biológica, tejido, órgano u organismo. Así, mientras que los datos de expresión génica de ARNm y los análisis proteómicos no cuentan toda la historia de lo que podría estar sucediendo en una célula, el perfilado metabólico puede dar una instantánea instantánea de la fisiología de esa célula. Uno de los desafíos de la biología de sistemas y la genómica funcional es integrar información proteómica, transcriptómica y metabolómica para dar una imagen más completa de los organismos vivos.

Historia y Desarrollo

La idea de que los fluidos biológicos reflejan la salud de un individuo existe desde hace mucho tiempo. El término “perfil metabólico” fue introducido por Horning, et al. en 1971, luego de que demostraron que la cromatografía de gases- espectrometría de masas (GC-MS;) podría usarse para medir compuestos presentes en orina humana y extractos de tejidos. La GC-MS es un método que combina las características de la cromatografía gas-líquido y la espectrometría de masas para identificar diferentes sustancias dentro de una muestra de prueba. Al mismo tiempo, la espectroscopia de RMN, que se descubrió en la década de 1940, también estaba experimentando rápidos avances. En 1974, Seeley et al. demostraron la utilidad de usar RMN para detectar metabolitos en muestras biológicas no modificadas. Este primer estudio sobre tejido muscular resaltó el valor de la RMN, en el sentido de que se determinó que 90% del ATP celular está complejado con magnesio. A medida que la sensibilidad ha mejorado con la evolución de mayores potencias de campo magnético y giro mágico-angular, la RMN continúa siendo una herramienta analítica líder para investigar el metabolismo.

imagen — Figura: **Cromatografía de gases—espectrometría de masas**: Cromatografía de gases—espectrometría de masas (GC-MS) es un método que combina las características de la cromatografía gas-líquido y la espectrometría de masas para identificar diferentes sustancias dentro de una muestra de prueba.

En 2005, se desarrolló la primera base de datos web de metabolómica para caracterizar metabolitos humanos, METLIN, en el laboratorio Siuzdak del Instituto de Investigación Scripps. METLIN contenía más de 10,000 metabolitos y datos espectrales de masas en tándem El 23 de enero de 2007, el Proyecto Metaboloma Humano, liderado por el Dr. David Wishart de la Universidad de Alberta, Canadá, completó el primer borrador del metaboloma humano, consistente en una base de datos de aproximadamente 2500 metabolitos, 1200 medicamentos y 3500 componentes alimentarios.

A mediados de 2010, la metabolómica todavía se consideraba un “campo emergente”. Además, se señaló que un mayor avance en la materia fue en gran parte el resultado de abordar de otro modo “desafíos técnicos irresolubles” a través de la evolución técnica de la instrumentación de espectrometría de masas. La palabra fue acuñada en analogía con transcriptómica y proteómica. Al igual que el transcriptoma y el proteoma, el metaboloma es dinámico, cambiando de segundo a segundo. Aunque el metaboloma se puede definir con suficiente rapidez, actualmente no es posible analizar toda la gama de metabolitos mediante un solo método analítico.

Los metabolitos son los intermedios y productos del metabolismo. Dentro del contexto de la metabolómica, un metabolito generalmente se define como cualquier molécula de menos de 1 kDa de tamaño. Sin embargo, hay excepciones a esto, dependiendo de la muestra y el método de detección. Las macromoléculas como las lipoproteínas y la albúmina se detectan de manera confiable en estudios de metabolómica basados en NMR del plasma sanguíneo. En la metabolómica de origen vegetal, es común referirse a “metabolitos primarios”, que están directamente involucrados en el crecimiento, desarrollo y reproducción, y “metabolitos secundarios”, que están involucrados indirectamente en el crecimiento, desarrollo y reproducción. Por el contrario, en la metabolómica basada en humanos es más común describir los metabolitos como endógenos (producidos por el organismo huésped) o exógenos. El metaboloma forma una gran red de reacciones metabólicas, donde las salidas de una reacción química enzimática son entradas a otras reacciones químicas. Dichos sistemas han sido descritos como hiperciclos.

Métodos de separación: La cromatografía de gases, especialmente cuando se interconecta con espectrometría de masas (GC-MS), es uno de los métodos más utilizados y potentes. Ofrece una resolución cromatográfica muy alta, pero requiere derivatización química para muchas biomoléculas: solo los químicos volátiles pueden analizarse sin derivatización.

Métodos de detección: Se utiliza espectrometría de masas (EM) para identificar y cuantificar metabolitos después de la separación. El análisis de masas basado en superficie ha experimentado un resurgimiento en la última década, con nuevas tecnologías de EM enfocadas en aumentar la sensibilidad, minimizar el fondo y reducir la preparación de muestras.

Métodos estadísticos: Los datos generados en metabolómica suelen consistir en mediciones realizadas en sujetos bajo diversas condiciones. Estas mediciones pueden ser espectros digitalizados, o una lista de niveles de metabolitos. En su forma más simple esto genera una matriz con filas correspondientes a sujetos y columnas correspondientes a niveles de metabolitos.

Aplicaciones clave

Evaluación de toxicidad/toxicología. El perfil metabólico, especialmente de muestras de orina o plasma sanguíneo, puede usarse para detectar los cambios fisiológicos causados por el ataque tóxico de un químico o mezcla de químicos. Esto es de particular relevancia para las compañías farmacéuticas que desean probar la toxicidad de posibles candidatos a fármacos.
Genómica funcional. La metabolómica puede ser una excelente herramienta para determinar el fenotipo causado por una manipulación genética, como la deleción o inserción de genes. A veces esto puede ser un objetivo suficiente en sí mismo, por ejemplo, detectar cualquier cambio fenotípico en una planta modificada genéticamente destinada al consumo humano o animal. Más emocionante es la perspectiva de predecir la función de genes desconocidos en comparación con las perturbaciones metabólicas causadas por la deleción/inserción de genes conocidos.

Search

Text Color

Text Size

Margin Size

Font Type

Puntos Clave

Términos Clave