Métabolomique: vin et fromage, guérir la maladie ... Aucun dopage S'il vous plaît
L'évolution rapide des outils pour étudier les interactions complexes transforment la biologie et de la recherche biomédicale.
Une série de méthodes analytiques puissants inventé "omiques " nous pousse loin des approches réductionnistes vers une plus compréhension systématique de la biologie et de la maladie.
Jusqu'à récemment, les contraintes techniques ont permis aux chercheurs qu'à regarder un petit nombre de pièces dans les systèmes biologiques. En revanche «omiques» (telles que la génomique, la protéomique, métabolomique) tente de regarder la grande image pour définir un système biologique.
L’un de ces outils - métabolomique - détecte l'empreinte chimique de d'une cellule du métabolisme à une résolution inégalée. Cette empreinte donne puissante aperçu des processus dynamiques qui ont lieu dans tous les types d'échantillons biologiques.
Chaque processus dans les cellules des organismes vivants nécessite de l'énergie, et cette énergie est tirée de nutriments dans le cadre du métabolisme d'un organisme. Biochimie implique souvent la détermination des éléments nutritifs des voies ou de l'énergie prise dans les cellules d'un organisme.
Classiquement, cette analyse a été effectuée en mesurant l'activité de différentes enzymes, ou les niveaux de composés chimiques individuels (métabolites) dans un échantillon biologique. Cette approche a fourni quelques - unes des idées les plus profondes dans la biologie, mais prend du temps et a ses limites.
En revanche, la métabolomique nous permet de mesurer simultanément les niveaux de centaines ou de milliers de composés chimiques - une approche qui nous donne un bien meilleur vu d'ensemble du métabolisme.
Cette puissance et la polyvalence donne la métabolomique large utilisation.
Comment ça marche?
Le métabolomique est rendu possible par deux pannetons de la technologie.
Tout d' abord, un mélange complexe de petits produits chimiques (métabolites) est extrait d'un échantillon de cellules, les tissus, la nourriture, l’urine, extrait microbienne ou tout ce que vous pouvez penser. L'étape suivante, dite chromatographie, réduit les produits chimiques dans des composants plus simples.
Chaque métabolite dans le mélange est constitué d'une combinaison unique d'éléments chimiques, ce qui donne une masse caractéristique.
Un instrument incroyablement sensible appelé un spectromètre de masse est ensuite utilisé pour détecter ces produits chimiques et de mesurer leur quantité. Spectromètres de masse modernes sont capables de mesurer la masse de très petites quantités de métabolites jusqu'à la précision d'un seul atome d'hydrogène.
Vous pouvez obtenir une certaine idée de la précision qui utilise cette échelle biologique interactive. Presque à la fin de l'échelle de zoom, vous pouvez trouver les métabolites du glucose et de la méthionine et un atome de carbone à la fin.
Récemment métabolomique est devenu très largement utilisé dans les différents domaines de recherche. Cette montée en popularité a été déclenchée par des gains dans la sensibilité et la vitesse de la spectrométrie de masse.
Tout aussi important étaient de grands progrès dans les outils de traitement et d’analyse des données requises pour les calculs d’énormes quantités de données générées. L'émergence du domaine spécialisé de la bioinformatique nous permet de prendre plus que juste une supposition éclairée avec les résultats. Innovations en informatique facilitent cette intégration des «omiques», les mathématiques, les statistiques, les systèmes et la biologie. Bioinformatics a vraiment élargi notre capacité à comprendre ce qui se passe à l’intérieur des cellules, telles que la façon dont les gènes et leurs produits se traduisent par un effet fonctionnel.
Pourquoi le grand tapage?
En médecine, la métabolomique est utilisé pour découvrir de nouveaux marqueurs diagnostiques pour des maladies telles que le cancer et le diabète. En chemin, nous obtenons de nouvelles perspectives fascinantes sur la façon dont les maladies se développent et le progrès, la compréhension de l’action des médicaments, et d’identifier de nouvelles cibles pour des thérapies potentielles.
Par exemple, cette étude américaine utilisée métabolomique analyse d'urine pour distinguer les différents stades du cancer de la prostate. Les chercheurs ont mesuré 1.126 métabolites à travers 262 échantillons cliniques. Cela donne une idée des niveaux de détails fournis.
Dans notre laboratoire au Centre de cancérologie de Kinghorn nous combinons métabolomique avec la génomique (mutations du gène de cartographie) dans une approche de la force brute pour mieux comprendre le cancer pancréatique. Cette maladie dévastatrice est un tueur important, pour lequel seules quelques options de traitement existent.
Nous avons découvert que les tumeurs du pancréas reprogrammer leur métabolisme pour permettre la division cellulaire et la croissance rapides. Nos données métabolomique disent, et ces voies forment une sorte de talon d'Achille pour les cellules tumorales que nous espérons utiliser pour développer de nouveaux traitements.
La métabolomique peut aussi nous aider à comprendre les effets des conditions environnementales, les pesticides et les polluants. Par exemple, l’exposition aux hormones imitant le contrôle des naissances ou des composés anti-inflammatoires dans les eaux usées peut causer la flexion sur le sexe des poissons mâles pour devenir féminisée, même la production d’œufs.
La métabolomique est également utilisé dans le contrôle de la qualité dans la production alimentaire, et peut même distinguer comment les niveaux de nutriments changent grâce à la transformation des aliments, par exemple le traitement des grains de semoule en pâtes complètes ou raffinées. Il est très prometteur en utilisant métabolomique pour détecter l’utilisation illicite d'hormones et de médicaments dans l’élevage et le dopage sportif.
L’une des utilisations les plus intrigants de la métabolomique est dans la compréhension de la nature complexe du vin . Effort énorme va en comprendre comment l'interaction entre le sol, le climat, les levures et les bactéries de la fermentation, et même le chêne en barriques exercent leur effet sur les produits chimiques dans le jus de raisin pour produire des saveurs et des arômes du vin caractéristiques.
Dans le monde réel - aujourd'hui et demain
Dans les études de la maladie, les changements dans le métabolisme offrent de nouvelles idées pour les processus cellulaires qui peuvent être traités par des médicaments, ou peuvent être utilisés pour trouver de nouvelles façons d'identifier ou de préciser les maladies en sous-groupes plus spécifiques.
Ces découvertes ont des conséquences de grande portée que de nouvelles cibles pour les thérapies du cancer, les méthodes de détection pour le diabète, une meilleure dégustation de fromages, des lots plus uniformes de la bière, des cultures plus résistantes, des tests de diagnostic pour les maladies musculaires perdre du vieillissement, et plus encore.
Un autre domaine où cette technologie pourrait avoir un impact énorme est dans la détection de contaminants dans les aliments (pour vérifier les demandes d'être organique ou sans hormones), ainsi que le dopage chez les animaux et les athlètes.
L'avantage de la métabolomique pour détecter non seulement la molécule ou un médicament d'intérêt, mais aussi leur dégradation métabolique dans divers fluides corporels, offrent la promesse dans le dépistage beaucoup plus précis.
Métabolomique nous aide à expliquer comment la fonction biologique est liée à des changements dans le génome. Cette approche dévoile le tableau d'ensemble quand unissent leurs forces avec le reste des «omiques» pour relier la variation génétique avec les effets que nous pouvons voir.