Metabolomica

La metabolomica consiste nello studio completo dei metaboliti, ovvero delle piccole molecole che costituiscono i substrati, gli intermedi e i prodotti del metabolismo, all’interno delle cellule, dei fluidi biologici, dei tessuti o degli organismi. Si tratta di impronte chimiche caratteristiche e uniche lasciate dai processi cellulari. La metabolomica fornisce uno sguardo d'insieme su un sistema biologico dal punto di vista biochimico e delinea le conseguenze di patologie, nutrizione, terapie o modifiche genetiche sulla fisiologia di un organismo.

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Applicazioni della metabolomica

La metabolomica, con le sue applicazioni ad ampio raggio, influenza in modo significativo la ricerca farmaceutica con l’identificazione di biomarcatori di malattie e le valutazioni tossicologiche su approcci terapeutici personalizzati. Nelle ricerche di genomica funzionale, svolge un ruolo fondamentale per la previsione della funzione genica studiando le interazioni tra genoma, trascrittoma, proteoma e metaboloma. La bioestrazione (tecnologia in cui ci si avvale di microrganismi per il recupero di minerali e metalli preziosi) trae vantaggio dalle conoscenze di metabolomica per una migliore ottimizzazione dei ceppi, mentre la metabolomica vegetale contribuisce al progresso della biotecnologia applicata all’agricoltura attraverso lo studio dei metaboliti vegetali. La ricerca ambientale si rivolge alla metabolomica per studiare gli effetti degli inquinanti e ottimizzare la produzione di biocarburanti, mentre la ricerca nutrizionale attinge alla metabolomica per valutare i livelli nutrizionali e per garantire la sicurezza alimentare. 

Comprensione dei metaboliti e del metaboloma

Con il termine metaboloma si indica l’interazione dei metaboliti all’interno di un sistema biologico. Il metaboloma è la serie completa dei metaboliti presenti in un organismo o in un campione biologico. I metaboliti sono composti a basso peso molecolare, generalmente inferiore a 1,5 KDa, che costituiscono gli intermedi o i prodotti di vie biosintetiche o cataboliche. Ne sono esempi gli amminoacidi, i nucleotidi, i carboidrati e i lipidi; questi ultimi sono spesso studiati separatamente in ricerche di lipidomica. I metaboliti primari sono sostanze endogene direttamente coinvolte nelle fasi fisiologiche di crescita, sviluppo e riproduzione. I metaboliti secondari sono esogeni e non coinvolti in questi processi; svolgono, tuttavia, importanti funzioni ecologiche.

Vie metabolomiche e tecniche analitiche

Per lo studio delle vie metabolomiche si utilizzano metaboliti, enzimi, strumenti di separazione e tecniche di analisi e marcatura dei metaboliti. Due delle più comuni tecniche di profilazione metabolica sono le analisi metabolomiche mirate e non mirate. Nelle analisi mirate si quantificano metaboliti noti ben precisi, mentre le analisi non mirate forniscono il profilo metabolico globale di tutti i metaboliti, noti e ignoti. L’impronta metabolica è un’analisi rapida e globale dei metaboliti di un campione, non finalizzata all’identificazione specifica di ciascun metabolita.

Sequenza operativa e metodi analitici in metabolomica

Un lavoro di metabolomica richiede un approccio integrato che prevede preparazione dei campioni, standardizzazione e taratura, metodi di separazione, rivelazione dei metaboliti e analisi dei dati. I campione più comuni sono plasma, urina, saliva, tessuti e cellule. I metodi di separazione utilizzati, come la gascromatografia (GC), la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) o l’elettroforesi capillare (CE), vengono accoppiati a metodi di rivelazione come la spettrometria di massa (MS). Oltre alla MS, tecniche analitiche frequentemente utilizzate per la rivelazione dei metaboliti sono la risonanza magnetica nucleare (NMR), la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FT-IR) e la spettroscopia Raman. L’analisi dei dati degli studi metabolomici richiede dispositivi e software sofisticati per una identificazioni e quantificazioni dei composti rigorose e per un’accurata interpretazione dei dati.

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