Metabolômica: diferenças entre revisões

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O termo "metabolômica" foi cunhado em analogia a [[transcritoma|transcriptômica]] e [[proteômica]]; assim como o [[transcritoma]] e o [[proteoma]], o metaboloma de um organismo também é dinâmico, mudando de segundo em segundo. Embora o metaboloma possa ser definido prontamente, atualmente não é possível analisar toda a gama de metabolitos por um único método analítico.
O termo "metabolômica" foi cunhado em analogia a [[transcritoma|transcriptômica]] e [[proteômica]]; assim como o [[transcritoma]] e o [[proteoma]], o metaboloma de um organismo também é dinâmico, mudando de segundo em segundo. Embora o metaboloma possa ser definido prontamente, atualmente não é possível analisar toda a gama de metabolitos por um único método analítico.

==Metabólitos==

Metabólitos são intermediários e produtos do [[metabolismo]]. Dentro do contexto da metabolômica, um metabolito é geralmente definido como qualquer molécula menor que 1 kDa.<ref>{{cite journal |author=Samuelsson LM, Larsson DG |title=Contributions from metabolomics to fish research |journal=Mol Biosyst |volume=4 |issue=10 |pages=974–9 |year=2008 |month=October |pmid=19082135 |doi=10.1039/b804196b |url=}}</ref> No entanto, existem exceções a esta, dependendo da amostra e do método de detecção. Por exemplo, macromoléculas como as [[lipoproteína]]s e [[albumina]] são detectadas de forma segura em estudos metabolômicos de [[plasma sanguíneo]] usando a técnica de RMN.<ref>{{cite journal |author=Nicholson JK, Foxall PJ, Spraul M, Farrant RD, Lindon JC |title=750 MHz 1H and 1H-13C NMR spectroscopy of human blood plasma |journal=Anal. Chem. |volume=67 |issue=5 |pages=793–811 |year=1995 |month=March |pmid=7762816 |doi= 10.1021/ac00101a004|url=}}</ref>

Tratando-se de plantas, é habitual a distinção entre metabólitos primários e [[produto natural|metabólitos secundários]]. Os metabólitos primários estão diretamente envolvidos no crescimento, reprodução e desenvolvimento vegetal; já os metabólitos secundários geralmente não estão diretamente envolvidos nesses processos, mas possuem funções ecológicas importantes, como atração de polinizadores, ação antibiótica e pigmentação.<ref>{{cite journal |author=Bentley R |title=Secondary metabolite biosynthesis: the first century |journal=Crit. Rev. Biotechnol. |volume=19 |issue=1 |pages=1–40 |year=1999 |pmid=10230052 |doi=10.1080/0738-859991229189 |url=}}</ref> Em contraste, nos estudos de metabolômica em seres humanos é comum classificar os metabolitos como endógenos (produzidos pelo organismo) ou exógenos.<ref>{{cite journal |author=Nordström A, O'Maille G, Qin C, Siuzdak G |title=Nonlinear data alignment for UPLC-MS and HPLC-MS based metabolomics: quantitative analysis of endogenous and exogenous metabolites in human serum |journal=Anal. Chem. |volume=78 |issue=10 |pages=3289–95 |year=2006 |month=May |pmid=16689529 |doi=10.1021/ac060245f |url=}}</ref> Metabólitos que são produtos de degradação de substâncias estranhas ao organismo, tais como fármacos e drogas são chamados xenometabólitos. <ref>{{cite journal |author=Crockford DJ, Maher AD, Ahmadi KR, ''et al.'' |title=1H NMR and UPLC-MS(E) statistical heterospectroscopy: characterization of drug metabolites (xenometabolome) in epidemiological studies |journal=Anal. Chem. |volume=80 |issue=18 |pages=6835–44 |year=2008 |month=September |pmid=18700783 |doi=10.1021/ac801075m |url=}}</ref>

O metaboloma forma uma grande rede de reações metabólicas, onde os produtos de uma [[reação química]] enzimática são insumos para outras reações. Tais sistemas têm sido descritos como hiperciclos.


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Revisão das 03h09min de 7 de maio de 2012

Metabolômica é o estudo científico dos processos químicos envolvendo metabólitos, ou seja, o estudo sistemático da composição química ocasionada por processos específicos celulares em determinado momento, sob determinadas condições fisiológicas e ambientais. [1]

O metaboloma representa a coleção de todos os metabólitos em um meio biológico, órgão, tecido celular ou organismo, que são os produtos finais dos processos celulares. Assim, enquanto os dados de expressão gênica de mRNA e análises proteômicas fornecem parte das informações dos eventos que ocorrem na célula, o perfil metabólico fornece informações instantâneas sobre a fisiologia celular e consequentemente do organismo em estudo.

Um dos desafios da biologia de sistemas e da genômica funcional é integrar as informações da análise do proteoma, transcriptoma e metaboloma, visando obter um panorama completo sobre o organismo em estudo.

Origens

A idéia de que os componentes dos fluidos biológicos refletem a saúde de um indivíduo existe de longo data. Antigos médicos chineses usavam formigas para a avaliar a urina de pacientes, no intuito de detectar se a urina continha altos níveis de glicose e, portanto, diagnosticar diabetes. [2] Na Idade Média, "tabelas de urina" foram utilizados para vincular as cores, sabores e cheiros de urina à várias condições médicas, que são metabólicas na origem. [3]

O conceito de que cada indivíduo poderia ter um "perfil metabólico" e que este seria refletido na composição de seus fluidos biológicos foi introduzido por Roger Williams no final da década de 1940,[4] Utilizando cromatografia em papel, Williams e integrantes de seu grupo de estudos sugeriram padrões metabólicos característicos na urina e saliva, associando-os a doenças tais como a esquizofrenia. No entanto, foi somente através de avanços tecnológicos nas décadas de 1960 e 1970 que se tornou viável a análise quantitativa para estudas perfis metabólicos. [5] O termo "perfil metabólico" foi introduzido por Horning e colaboradores em 1971, após demonstrarem que a cromatografia em fase gasosa-acoplada à espectrometria de massa (GC-MS) poderia ser utilizada para medir os compostos presentes na urina humana e extrato de tecidos. [2][6] Durante os anos 70, o grupo de Horning, juntamente com o de Linus Pauling e Arthur Robinson desenvolveram metodologias de análise por GC-MS para monitorar os metabolitos presentes na urina.[7]

Ao mesmo tempo, a espectroscopia de ressonância magnética nuclear, que foi descoberta na década de 1940, foi também objeto de rápidos avanços. Em 1974, Seeley e colaboradores demonstraram a utilidade de usar a RMN para detectar metabólitos em amostras biológicas não modificadas.[8] Este primeiro estudo - realizado em células musculares - determinou que 90% de ATP celular é complexado com magnésio. Como a sensibilidade da técnica melhorou com a evolução da forças do campo magnético e magia de ângulo de giro, RMN continua a ser uma ferramenta importante de análise para investigar o metabolismo.[2][3] Esforços recentes para utilizar RMN em metabolômica têm sido em grande parte impulsionado pelo laboratório do Dr. Jeremy Nicholson no Birkbeck College, Universidade de Londres e posteriormente no Imperial College London. Em 1984, Nicholson mostrou que a utilização de RMN de hidrogênio-1 (1H NMR) poderia potencialmente ser usada ​​para diagnosticar diabetes mellitus, e mais tarde foi pioneiro na aplicação de métodos de reconhecimento de padrões de dados espectroscópicos.[9][10]

Em 2005, o primeiro banco de dados de metabolômica para a caracterização de metabólitos humanos, o METLIN,[11] foi desenvolvido no laboratório Siuzdak no Scripps Research Institute e continha mais de 5.000 metabólitos além de dados espectroscópicos de massa em tandem. Em 2011, o METLIN possuia registrado aproximadamente 40.000 metabólitos, sendo o maior repositório de dados de espectrometria de massa em tandem em metabolômica.

Em 23 de janeiro de 2007, o grupo envolvido no projeto Metaboloma Humano, liderado pelo Dr. David Wishart da Universidade de Alberta (Canadá), completaram o primeiro esboço do metaboloma humano, que consistia em um banco com dados de aproximadamente 2.500 metabólitos, 1200 fármacos e 3500 componentes dos alimentos. [12][13] Estas informações estão disponíveis no Human Metabolome Database (www.hmdb.ca) e com base na análise de informações disponíveis na literatura científica atual, está longe de ser completada. [14] Em contraste, existem muito mais informações sobre os metaboloma de outros organismos. Por exemplo, mais de 50.000 metabolitos já foram caracterizados em espécies vegetais, e milhares de metabólitos já foram identificados e/ou caracterizados em plantas individuais.[15][16] Em espécies vegetais, várias projetos de metabolômica estão em andamento, principalmente tendo Medicago truncatula e Arabidopsis thaliana como modelos.

Ainda em meados de 2010, a metabolômica ainda era considerada um "campo emergente". [17] Além disso, notou-se que progressos dependem em grande parte de uma resposta à "desafios técnicos insolúveis" e pela evolução da instrumentação da técnica de espectrometria de massas.

O termo "metabolômica" foi cunhado em analogia a transcriptômica e proteômica; assim como o transcritoma e o proteoma, o metaboloma de um organismo também é dinâmico, mudando de segundo em segundo. Embora o metaboloma possa ser definido prontamente, atualmente não é possível analisar toda a gama de metabolitos por um único método analítico.

Metabólitos

Metabólitos são intermediários e produtos do metabolismo. Dentro do contexto da metabolômica, um metabolito é geralmente definido como qualquer molécula menor que 1 kDa.[18] No entanto, existem exceções a esta, dependendo da amostra e do método de detecção. Por exemplo, macromoléculas como as lipoproteínas e albumina são detectadas de forma segura em estudos metabolômicos de plasma sanguíneo usando a técnica de RMN.[19]

Tratando-se de plantas, é habitual a distinção entre metabólitos primários e metabólitos secundários. Os metabólitos primários estão diretamente envolvidos no crescimento, reprodução e desenvolvimento vegetal; já os metabólitos secundários geralmente não estão diretamente envolvidos nesses processos, mas possuem funções ecológicas importantes, como atração de polinizadores, ação antibiótica e pigmentação.[20] Em contraste, nos estudos de metabolômica em seres humanos é comum classificar os metabolitos como endógenos (produzidos pelo organismo) ou exógenos.[21] Metabólitos que são produtos de degradação de substâncias estranhas ao organismo, tais como fármacos e drogas são chamados xenometabólitos. [22]

O metaboloma forma uma grande rede de reações metabólicas, onde os produtos de uma reação química enzimática são insumos para outras reações. Tais sistemas têm sido descritos como hiperciclos.

Referências

  1. ↑ [http:/www.biotecnologia.com.br/revista/bio36/metaboloma_36.pdf Villas-Bôas, S. G.; Gombert, A. K. "Análise do Metaboloma", Biotecnologia: Ciência & Desenvolvimento, v.9, n.36, p.58-69, 2006]
  2. ↑ a b c Van der greef and Smilde, J Chemomet, (2005) 19:376-386
  3. ↑ a b Nicholson JK, Lindon JC (2008). «Systems biology: Metabonomics». Nature. 455 (7216): 1054–6. PMID 18948945. doi:10.1038/4551054a 
  4. ↑ Gates and Sweeley, Clin Chem (1978) 24(10):1663-73
  5. ↑ Preti, George. "Metabolomics comes of age?" The Scientist, 19[11]:8, June 6, 2005.
  6. ↑ Novotny et al J Chromatog B (2008) 866:26-47
  7. ↑ Griffiths, W.J. and Wang, Y. (2009) Chem Soc Rev 38:1882-96
  8. ↑ Hoult DI, Busby SJ, Gadian DG, Radda GK, Richards RE, Seeley PJ (1974). «Observation of tissue metabolites using 31P nuclear magnetic resonance». Nature. 252 (5481): 285–7. Bibcode:1974Natur.252..285H. PMID 4431445. doi:10.1038/252285a0 
  9. ↑ Holmes E and Antti H (2002) Analyst 127:1549-57
  10. ↑ Lenz EM and Wilson ID (2007) J Proteome Res 6(2):443-58
  11. ↑ Smith CA, I'Maille G, Want EJ, Qin C, Trauger SA, Brandon TR, Custodio DE, Abagyan R, Siuzdak G (2005). «METLIN: a metabolite mass spectral database» (PDF). Ther Drug Monit. 27 (6): 747–51. PMID 16404815 
  12. ↑ Wishart DS, Tzur D, Knox C; et al. (2007). «HMDB: the Human Metabolome Database». Nucleic Acids Research. 35 (Database issue): D521–6. PMC 1899095Acessível livremente. PMID 17202168. doi:10.1093/nar/gkl923 
  13. ↑ Wishart DS, Knox C, Guo AC, Eisner R, Young N, Gautam B, Hau DD, Psychogios N, Dong E, Bouatra S, Mandal R, Sinelnikov I, Xia J, Jia L, Cruz JA, Lim E, Sobsey CA, Shrivastava S, Huang P, Liu P, Fang L, Peng J, Fradette R, Cheng D, Tzur D, Clements M, Lewis A, De Souza A, Zuniga A, Dawe M, Xiong Y, Clive D, Greiner R, Nazyrova A, Shaykhutdinov R, Li L, Vogel HJ, Forsythe I (2009). «HMDB: a knowledgebase for the human metabolome». Nucleic Acids Research. 37 (Database issue): D603. PMC 2686599Acessível livremente. PMID 18953024. doi:10.1093/nar/gkn810 
  14. ↑ Pearson H (2007). «Meet the human metabolome». Nature. 446 (7131). 8 páginas. PMID 17330009. doi:10.1038/446008a 
  15. ↑ De Luca V, St Pierre B (2000). «The cell and developmental biology of alkaloid biosynthesis». Trends Plant Sci. 5 (4): 168–73. PMID 10740298. doi:10.1016/S1360-1385(00)01575-2 
  16. ↑ Griffin JL, Shockcor JP (2004). «Metabolic profiles of cancer cells». Nat. Rev. Cancer. 4 (7): 551–61. PMID 15229480. doi:10.1038/nrc1390 
  17. ↑ Morrow Jr., Ph.D., K. John (1 April 2010). «Mass Spec Central to Metabolomics». Genetic Engineering & Biotechnology News. 30 (7). p. 1. Consultado em 28 June 2010. Cópia arquivada em 28 June 2010  Verifique data em: |acessodata=, |arquivodata=, |data= (ajuda)
  18. ↑ Samuelsson LM, Larsson DG (2008). «Contributions from metabolomics to fish research». Mol Biosyst. 4 (10): 974–9. PMID 19082135. doi:10.1039/b804196b 
  19. ↑ Nicholson JK, Foxall PJ, Spraul M, Farrant RD, Lindon JC (1995). «750 MHz 1H and 1H-13C NMR spectroscopy of human blood plasma». Anal. Chem. 67 (5): 793–811. PMID 7762816. doi:10.1021/ac00101a004 
  20. ↑ Bentley R (1999). «Secondary metabolite biosynthesis: the first century». Crit. Rev. Biotechnol. 19 (1): 1–40. PMID 10230052. doi:10.1080/0738-859991229189 
  21. ↑ Nordström A, O'Maille G, Qin C, Siuzdak G (2006). «Nonlinear data alignment for UPLC-MS and HPLC-MS based metabolomics: quantitative analysis of endogenous and exogenous metabolites in human serum». Anal. Chem. 78 (10): 3289–95. PMID 16689529. doi:10.1021/ac060245f 
  22. ↑ Crockford DJ, Maher AD, Ahmadi KR; et al. (2008). «1H NMR and UPLC-MS(E) statistical heterospectroscopy: characterization of drug metabolites (xenometabolome) in epidemiological studies». Anal. Chem. 80 (18): 6835–44. PMID 18700783. doi:10.1021/ac801075m 
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