Метаболомика Введение Москва, ФФМ МГУ 20. 02. 2013 г
"Genomics and proteomics tell you what might happen, but metabolomics tells you what actually did happen. ” Bill Lasley, a professor in the Department of Population Health and Reproduction at the University of California (UC)
Основные понятия Метаболомика — это «систематическое изучение уникальных химических „отпечатков пальцев“ специфичных для процессов, протекающих в живых клетках» — конкретнее, изучение их низкомолекулярных метаболических профилей. Метаболом - представляет собой совокупность всех метаболитов, являющихся конечным продуктом обмена веществ в клетке, ткани, органе или организме. В то время как данные об экспрессии м. РНК генов и данные протеомного анализа не раскрывают полностью всего того, что может происходить в клетке, метаболические профили могут дать мгновенный снимок физиологических процессов в клетке. Одна из задач системной биологии и функциональной геномики— интегрирование данных протеомики, транскриптомики и метаболической информации для получения более целостного представления о живых организмах. Метаболомика — это научное изучение химических процессов, в которые вовлечены метаболиты.
Основные понятия Метабономика - «количественное измерение динамического многопараметрического метаболического ответа живых систем на патофизиологические воздействия или генные модификации» . Термин происходит от греческого мета, означающего изменение, и номос, означающего набор правил или закономерностей. Этот подход был впервые предложен и использован Джереми Николсоном в Королевском лондонском колледже и используется в токсикологии, диагностике заболеваний и ряде других областей. Существуют разногласия при определении различий между 'метаболомикой' и 'метабономикой'. Различия между двумя подходами не сводятся к выбору аналитических методов, хотя метабономика преимущественно ассоциируется со спектроскопией ЯМР, а метаболомика — с масс-спетрометрическими техниками. Несмотря на отсутствие общепризнанной точки зрения, считается, что 'метаболомика' уделяет большее внимание метаболическим профилям на клеточном и органном уровне и преимущественно связана с нормальным эндогенным метаболизмом. 'Метабономика' же использует метаболические профили для получения информации об изменениях метаболизма, связанных с внешними факторами окружающей среды, патологическими процессами и не генетическими изменениями.
Методы определения метаболитов Методы разделения Газовая хроматография, в особенности с масс-спектрометрическим детектированием (газовая хромато-масс-спектрометрия) — один из наиболее мощных и широкоиспользуемых методов. Она даёт очень высокое хроматографическое разрешение, но для определения многих биомолекул требуется химическая дериватизация, без неё могут анализироваться только летучие соединения. Некоторые макромолекулы и полярные метаболиты не могут исследоваться с помощью газовой хроматографии. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). По сравнению с газхроматографией, ВЭЖХ имеет более низкое хроматографическое разрешение, но это компенсируется более широким рядом соединений, которые потенциально могут быть измерены. Капиллярный электрофорез имеет более высокую теоретическую эффективность разделения нежели ВЭЖХ, и может использоваться для исследования более широкого диапазона соединений, чем газ-хроматография. Как и все электрофоретические методы, он наиболее удобен для разделения ионов.
Методы определения метаболитов Методы обнаружения Масс-спектрометрия. Масс-спектрометрию используют для идентификации и количественного анализа метаболитов после разделения с помощью газхроматографии, ВЭЖХ, или капиллярного электрофореза. Газ-хромато-массспектрометрия наиболее «естественная» из этих комбинаций и была разработана первой. Кроме того, существющие и разрабатываемые библиотеки массспектрометрических данных позволяют идентифицировать метаболиты по их фрагментации при ионизации. Ядерный магнитный резонанс (Спектроскопия ЯМР). ЯМР является единственным методом, который не нуждается в разделении смеси исследуемых метаболитов и позволяет использовать исследованные образцы для дальнейшего анализа. Все виды низкомолекулярных метаболитов могут быть определены одновременно. Основными преимуществами ЯМР являются высокая воспроизводимость измерений и простота подготовки образцов. Хотя, конечно, ЯМР имеет существенно более низкую чувствительность, чем массспектрометрические методы. Наряду со спектроскопией ЯМР и масс-спектроскопическими методами, используются и другие, такие как ВЭЖХ с электрохимическим детектированием и тонкослойная хроматография смесей с изотопными метками.
Human Metabolome Project Проект “Метаболом человека” (Human Metabolome Project) стартовал в Канаде в 2004 году. Сейчас ученые из Университета Альберты (University of Alberta) в Эдмонтоне каталогизировали и охарактеризовали 2500 метаболитов, 1200 лекарственных препаратов и 3500 пищевых компонентов. Авторы убеждены в том, что эти результаты знаменуют собой начало новой эры диагностики и обнаружения болезней. По их мнению, метаболомный проект окажет на медицину и терапию более существенное влияние, чем проект “Геном человека”, поскольку метаболомы в качестве индикаторов здоровья и протекающих в организме физиологических процессов несравненно чувствительнее. “Метаболиты - это осведомители генома”, - говорит руководитель проекта профессор вычислительной биологии Университета Альберты Дэвид Вишарт (David S. Wishart)
Виды метаболитов Первичные (углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты). Вторичные (аминокислоты, биогенные амины, свободные жирные кислоты). Специфичны для конкретного живого организма.
Статьи по теме • Metabolite profiles and the risk of developing diabetes (2009) • Metabolite profiles and the risk of developing diabetes (2011) • Mapping of molecular pathways, biomarkers and drug targets for diabetic nephropathy (2011) • Can genetic information change patient behavior to reduce Type 2 diabetes risk? (2013) • What will metabolomics studies mean to endocrinology? (2012)
Сайты • • • http: //omicsgroup. com/ http: //www. metabolomicssociety. org/ http: //www. metabolon. com/ http: //www. metabolomics. ca/ https: //diabetomics. com/
Благодарю за внимание! Перфильев Андрей a. v. perfilyev@gmail. com Аспирант кафедры эндокринологии ФУВ МОНИКИ
Скачать презентацию Метаболомика Введение Москва ФФМ МГУ 20 02 2013
Перфильев А.В. метаболомика_v2.ppt