Метаболоміка

Термін метаболоміка був утворений шляхом додавання суфіксу -omik за аналогією з іншими оміксними технологіями, такими як геноміка, епігеноміка, протеоміка, метагеноміка та ін. Слово походить від метаболізму (= обмін речовин).

Іноді використовується позначення метабоном (через н), особливо в контексті оцінки токсичності активних речовин. У фахових колах активно дискутують щодо точних відмінностей між метаболомом і метабономом.^{[джерело?]}

Методи метаболоміки можна розділити на методи розділення, методи іонізації та методи виявлення. Оскільки метаболіти можуть сильно відрізнятися за хімічним складом і структурою, часто недостатньо використовувати лише один метод аналізу, щоб повністю розібрати метаболом окремого організму. Крім того, ще й досі невідомо, скільки всього продуктів метаболізму існує. Найпоширенішими типами таких продуктів є біологічні рідини організму, такі як плазма або сироватка крові, а також сеча, спинномозкова рідина, синовіальна рідина, мокротиння або лаваж. Поряд із попередніми розглядаються також гомогенати тканин або клітини або супернатанти клітинних культур.

До показників в метаболоміці належать:

• показники швидкості потоку (= швидкості обертання), рівні метаболітів і активність ферментів­ окремих метаболічних шляхів;
• взаємодії між різними метаболічними шляхами;
• компартменталізація різних метаболічних шляхів у клітинах.

Іншими аспектами метаболоміки є вплив від надходження поживних речовин, вплив активних речовин на метаболізм і різні функції клітин, як-от проліферація, диференціювання та апоптоз.

Метаболом являє собою повний набір малих молекул, відомих як метаболіти, у біологічній системі, будь то клітина, тканина, орган чи організм. Ці метаболіти є кінцевими продуктами клітинних процесів і відіграють вирішальну роль у біохімічних реакціях і сигнальних шляхах, які підтримують життя.

Метаболом містить різноманітний набір сполук, включаючи амінокислоти, ліпіди (див. також Ліпідоміка^[en]), вуглеводи (див. також Глікоміка^[en]), гормони та органічні кислоти, що дає динамічний знімок метаболічного статусу біологічної системи в певний момент. Цей складний і постійно мінливий молекулярний ландшафт відображає взаємодію між генами організму, його середовищем і різними внутрішніми фізіологічними факторами. Дослідження метаболома дозволяють ідентифікувати, кількісно визначити та профілювати тисячі метаболітів, присутніх у біологічних зразках.

Розуміння метаболома має важливе значення для розшифровки функціональних характеристик біологічних систем, оскільки воно дає уявлення про метаболічні шляхи, клітинні реакції на подразники та механізми, що лежать в основі взаємодії здоров’я, хвороб і навколишнього середовища. Шляхом картографування та інтерпретації метаболома дослідники можуть виявити біомаркери, що вказують на хвороби, передбачити реакцію на ліки, виявити метаболічні порушення та дослідити заплутану мережу біохімічних реакцій, що відбуваються в живих організмах. Метаболом, як комплексне відображення біохімічних процесів у живих системах, продовжує залишатися центром наукових досліджень, надаючи величезні надії на вдосконалення нашого розуміння біології, здоров’я та навколишнього середовища. Його постійне вивчення та з’ясування значною мірою сприяють розвитку інноваційних підходів у різних дисциплінах, сприяючи прогресу в напрямку покращення здоров’я людини та стійких екосистем.

Метаболоміка, галузь наук про життя, що активно розвивається, спирається на передові технології, щоб розкрити складний ландшафт метаболітів у біологічних системах. Удосконалення аналітичних методологій зробили революцію у вивченні метаболоміки, запропонувавши безпрецедентне розуміння клітинних процесів, механізмів захворювання та взаємодії навколишнього середовища.^[4]

Досягнення мас-спектрометрії

Мас-спектрометрія (МС) є наріжним каменем метаболоміки, постійно розвиваючись, щоб підвищити чутливість, роздільну здатність і охоплення виявлення метаболітів. Останні досягнення в технологіях МС, включаючи мас-аналізатори високої роздільної здатності (HRMS)^[5][6], нові методи іонізації^[7][8][9] та стратегії збору даних^{[10][11][12][13]}, розширили можливості метаболоміки.

Такі методи, як візуалізація мас-спектрометрії^[en], дозволяють просторово відображати метаболіти в тканинах, відкриваючи просторово розділені метаболічні сигнатури, важливі для розуміння локалізованої метаболічної активності.^{[14][15][16][17]}

Інновації в спектроскопії ядерного магнітного резонансу

ЯМР-спектроскопія, яку шанують за її неруйнівну природу та кількісні можливості, зазнала трансформаційного розвитку.^{[18][19][20][21]} Прилади ЯМР із надсильним полем (Ultra-high field NMR)^[22] у поєднанні з передовими імпульсними послідовностями^[23] та методами ізотопного маркування^[en][24] дозволяють ідентифікувати та кількісно визначити метаболіти з неперевершеною точністю.^[25] Інновації в методах динамічної ядерної поляризації^[en] (DNP) пропонують підвищену чутливість, розкриваючи потенціал для вивчення низьких метаболітів у складних біологічних матрицях.^[26][27][28]

Техніки з дефісом і багатовимірний аналіз

Інтеграція хроматографії з мас-спектрометрією або ЯМР-спектроскопією в "дефісних" методах^[29] дозволяє покращити розділення та характеристику метаболітів. Платформи рідинної хроматографії-мас-спектрометрії (РХ-МС) і газової хроматографія-мас-спектрометрії^[en] (ГХ-МС) у поєднанні з вдосконаленими методами розділення^[30] та багатовимірним аналізом дають можливість комплексного профілювання метаболітів.^[31][32][33] Ці багатовимірні підходи покращують охоплення метаболітів і допомагають у ідентифікації невловимих або лабільних метаболітів.

БІоінформатика та обчислювальні інструменти

Потік метаболомічних даних вимагає складних обчислювальних інструментів і підходів біоінформатики для обробки, аналізу та інтерпретації даних. Алгоритми машинного навчання^{[34][35][36][37]}, мережеве моделювання^[38][39][40] та аналіз метаболічних шляхів^[en][41][42] дозволяють отримувати значущу інформацію зі складних наборів даних.

Мультиоміка

Мультиоміка забезпечує інтеграцію різноманітних даних оміксних технологій — таких як геноміка (геном), епігеноміка (епігеном), протеоміка (протеом), транскриптоміка (транскриптом), метаболоміка (метаболом) та ін. — що ще більше покращує наше розуміння складних зв’язків між молекулярними компонентами в біологічних системах.^[43][44]

Нові технології та майбутні напрямки

Крім усталених методологій, новітні технології, такі як одноклітинна^[en] метаболоміка^{[45][46][47][48]}, аналіз на основі мікрофлюїдики^[en][49] та нові біосенсори^{[50][51][52][53]}, є перспективними для дослідження клітинної гетерогенності та метаболічної динаміки в реальному часі. Крім того, досягнення в ідентифікації метаболітів за допомогою спектральних бібліотек^[54], стандартизації та процедур контролю якості спрямовані на підвищення відтворюваності та надійності даних, сприяючи співпраці та обміну даними між дослідниками.

• Біохімія
• Аналітична хімія
• Оміксні технології
• Мультиоміка

Книги

• Mahbuba Rahman (2023). Metabolomics: A Path Towards Personalized Medicine (англ.). Academic Press, Elsevier. с. 346. ISBN 9780323999243.
• Durna Daştan, Sevgi; Daştan, Taner, ред. (2023). Metabolomics and Clinical Approach. Nova Science Publishers. ISBN 979-8-89113-095-1.
• Ron Wehrens, Reza Salek (2019). Metabolomics: Practical Guide to Design and Analysis. CRC Press, Taylor & Francis. ISBN 9781032242637.
• Sussulini, Alessandra, ред. (2017). Metabolomics: From Fundamentals to Clinical Applications. Advances in Experimental Medicine and Biology. Cham: Springer Nature. ISBN 978-3-319-47655-1.
• Prasain Jeevan K., ред. (2016). Metabolomics - Fundamentals and Applications (англ., відкритий доступ по главам). InTech. ISBN 978-953-51-2853-3.

Журнали

• Metabolomics (Springer Nature)
• Metabolites (MDPI)
• Separations (MDPI)
• Mass Spectrometry Reviews (John Wiley & Sons)

Статті

• Al-Sulaiti Haya; Almaliti Jehad; Naman C. Benjamin; Al Thani Asmaa A.; Yassine Hadi M. (2023-08). Metabolomics Approaches for the Diagnosis, Treatment, and Better Disease Management of Viral Infections. Metabolites (англ.) 13 (8). doi:10.3390/metabo13080948.

• Human Metabolome Database
• Метаболічна база даних
• Метаболомічна база даних сечі
• Метаболомний атлас старіючого мозку миші