Οι επιστήμες «ομικές» που ακούμε συχνά τι ακριβώς αντιπροσωπεύουν;

Στο πλαίσιο της συστημικής βιολογίας, τα τελευταία 20 χρόνια, έχει παρατηρηθεί μια ραγδαία αύξηση των «ομικών» επιστημών όπως πρωτεομικής (proteomic), γονιδιωματικής (genomic), μεταγραφικής (transcriptomic) και μεταβολομικής (metabolomic). Σκοπός είναι να υπάρξει μια πιο ολοκληρωμένη επισκόπηση της παθοφυσιολογίας των ζωντανών οργανισμών.

Ο όρος «ομικός» αναφέρεται σε κάθε είδος εξειδικευμένης μελέτης, που παρέχει συλλογικές πληροφορίες για ένα βιολογικό σύστημα. Κάθε τεχνική «ομικής», είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση των διαφόρων βιολογικών συστημάτων, συμπληρώνοντας έτσι τις πληροφορίες που παρέχονται από τις άλλες κλινικές και διαγνωστικές επιστημονικές προσεγγίσεις.

Τι ορίζουμε λέγοντας μεταβολομική;

Ως μεταβολομική ορίζεται η μελέτη της ποσοτικής περιγραφής όλων των μορίων με μοριακό βάρος από 50 – 1600Da που υπάρχει σε ένα βιολογικό δείγμα στην μονάδα του χρόνου που αυτό συλλέγεται και εξετάζεται.

Ειδικότερα η μεταβολική είναι η συστηματική μελέτη των χημικών αποτυπωμάτων που προέρχονται από συγκεκριμένες κυτταρικές διεργασίες και αντιδράσεις, που λαμβάνουν χώρα στο κυτταρόπλασμα.  Το μεταβολικό προφίλ αποτελεί την διάκριση των μικρών μορίων ως αποτέλεσμα των βιοχημικών αντιδράσεων, που ονομάζονται μεταβολίτες.

Ορίζεται δε ως Βιοχημική Γενετική και περιγράφει τις διαταραχές του μεταβολισμού. Αυτές οι διαταραχές συνίστανται στις διαταραχές του μεταβολισμού των αμινοξέων, των υδατανθράκων, των λιποπρωτεϊνών, των πουρινών/πυριμιδινών και των οργανικών οξέων.

Ο μεταβολισμός αντιπροσωπεύει το σύνολο όλων των μεταβολιτών ενός βιολογικού οργανισμού, τα οποία είναι τα τελικά προϊόντα της γονιδιακής του έκφρασης, της πρωτεϊνικής δραστηριότητας, προσδιορίζοντας έτσι τον βιοχημικό φαινότυπο ενός οργανισμού οργανικά. Αξίζει σε αυτό το σημείο να τονισθεί ότι ο συνολικός αριθμός των μεταβολιτών ενός κυττάρου σήμερα είναι 7.500, ήδη υπερδιπλάσιοι σε σχέση με προηγούμενες έρευνες μερικά χρόνια πριν.

Από αυτούς οι 990 σήμερα συνεχώς εξετάζονται για την κλινική τους σημασία, ενώ περίπου 260 από αυτούς έχουμε τα απαραίτητα στοιχεία για την  σημασία τους. Η έρευνα σε όλα τα επίπεδα συνεχίζεται με αμείωτο ενδιαφέρον, ακόμα και στον προσδιορισμό περισσότερων μεταβολιτών.

Πότε συναντάμε για πρώτη φορά τη μεταβολομική;

Η μεταβολομική εισήχθη στον επιστημονικό χώρο το 1970 από τον Arthur B. Robinson. Ο Robinson έχοντας σαν ερώτημα εάν η βιολογική μεταβλητότητα θα μπορούσε να εξηγηθεί με βάση τις πολύ μεγαλύτερες διαφορές στις διατροφικές απαιτήσεις από ό, τι γενικά είχε έως τότε αναγνωρισθεί, ξεκίνησε τις έρευνες του.

Αναλύοντας τα χρωματογραφικά μοντέλα των ούρων των ατόμων που είχαν λάβει βιταμίνη Β6, ο Ρόμπινσον ανακάλυψε ότι εκατοντάδες ή χιλιάδες χημικά συστατικά στα ούρα περιείχαν πολύ χρήσιμες πληροφορίες.

Σε κλινικό επίπεδο εφαρμόζεται από το 2000, βρίσκεται δε σε όλα τα προγράμματα σπουδών της Γενετικής σε όλο τον κόσμο, ως Βιοχημική Γενετική.

Από τα πιο σημαντικά κέντρα έρευνας και εφαρμογής στις ΗΠΑ είναι στη κλινική του Cleveland, στη Mayo Clinic, καθώς επίσης και σε πολλά πανεπιστημιακά νοσοκομεία της Ευρώπης.

Σήμερα τι μπορεί να εξετάσει η μεταβολομική;

Σήμερα, είναι εφικτό μέσω της μεταβολομικής ανάλυσης και συγκεκριμένα μέσω της εξέτασης των μεταβολιτών, να μελετηθεί η φαινοτυπική έκβαση των σύνθετων αλληλεπιδράσεων μεταξύ του γονότυπου και του τρόπου ζωής, της διατροφής, των επιδράσεων του περιβάλλοντος της χλωρίδας του εντέρου κ.α., δηλαδή να μελετηθεί η λεγόμενη επιγενετική.

Σύμφωνα με την επιγενετική, το περιβάλλον αλληλοεπιδρά με τα γονίδιά μας και την έκφρασή τους. Δημιουργεί ένα ιδιαίτερο και ευμετάβλητο φαινότυπο μέσω της αλληλεπίδρασης περιβάλλοντος και κυττάρων. Η επιγενετική εξετάζει οποιαδήποτε αλλαγή στην έκφραση μιας πληροφορίας που δεν οφείλεται στο DNA ή σε κάποια μετάλλαξη των γονιδίων.

Επιγενετικές τροποποιήσεις ή ακόμη και αλλαγές στην έκφραση του DNA που δεν μπορεί να εκτιμηθεί με τη γνώση της ακολουθίας DNA μπορεί επίσης έμμεσα να επηρεάσει τους μεταβολίτες. Είναι πλέον γνωστό ότι ένα περίπλοκο βιολογικό σύστημα επηρεάζεται και τροποποιείται συνεχώς σε σχέση με τη φυσιολογική κατάσταση και τις αλληλεπιδράσεις με το εξωτερικό περιβάλλον δημιουργώντας νέες οδούς μεταβολισμού.

Ποια είναι τα βασικά πλεονεκτήματα της μεταβολομικής ανάλυσης;

• Οι μεταβολίτες είναι στενά συνδεδεμένοι με τους φαινοτύπους των ζωντανών οργανισμών και παρέχουν πληροφορίες για τις βιοχημικές δραστηριότητες αντανακλώντας τα υποστρώματα και τα προϊόντα του κυτταρικού μεταβολισμού. Αξίζει εδώ να επισημάνουμε πως ο μεταβολισμός είναι γνωστός και ως ο μοριακός φαινότυπος των ζωντανών οργανισμών.
• Ενώ τα δεδομένα της έκφρασης γονιδίου mRNA και των πρωτεϊνωματικών αναλύσεων δεν εξηγούν πλήρως τι θα μπορούσε να συμβεί σε ένα κύτταρο, το μεταβολικό προφίλ μπορεί να αποτελέσει στιγμιότυπο της φυσιολογίας αυτού του κυττάρου.
• Η μεταβολομική μελετώντας και ποσοτικοποιώντας τους μεταβολίτες που υπάρχουν στα βιολογικά υγρά, προσφέρει μια άμεση εικόνα του συστήματος, παρέχοντας χρήσιμες πληροφορίες για την κατανόηση των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στον οργανισμό που αναλύεται. Φυσικά κάτω από τις συνθήκες και τις επιγενετικές επιδράσεις στον χρόνο που αναλύεται.

Υπάρχουν μελέτες για τη μεταβολομική ανάλυση;

Οι μεταβολικές μελέτες έχουν απασχολήσει τους επιστήμονες τα τελευταία χρόνια για αυτό παρατηρείται διαρκώς μια συνεχής αύξηση των επιστημονικών δημοσιεύσεων στον τομέα αυτό.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μεταβολομική είναι σημαντική στο να περιγράψει τη δραστηριότητα του κυττάρου σε λειτουργικό επίπεδο καθώς επίσης παρέχει την ποσοτική μέτρηση των μεταβολιτών που υπάρχουν στο κύτταρο και κατ’ επέκταση και στο σώμα.

Επιπλέον είναι το τελικό βήμα της βιολογικής αλληλουχίας συμβάντων, που τελικά συνδέει γονίδια, πρωτεΐνες και μεταβολίτες, που αποτελούν στην ουσία είτε πρόδρομες ουσίες ή/και καταλύτες για την λειτουργία των βιολογικών μονοπατιών της λειτουργίας κάθε κυττάρου είτε στον αναβολισμό είτε στον καταβολισμό (και τα δυο συνθέτουν αυτό που ονομάζουμε μεταβολισμό). Ο καταβολισμός αποτελεί ην σύνθεση όλων των κυτταρικών αντιδράσεων για την καύση των θρεπτικών συστατικών για την παραγωγή ενέργειας, ενώ ο αναβολισμός όλες εκείνες που χρειάζεται όποιο κύτταρο για την παραγωγή, ανασύνθεση και αναδιοργάνωσή του.

Ποια είναι η χρησιμότητα της μεταβολομικής ανάλυσης (μεταβολικού προφίλ);

Το μεταβολικό προφίλ επιτρέπει την ανίχνευση της ατομικής ποικιλομορφίας και επιτρέπει την ταυτοποίηση κάθε ατόμου με εξειδίκευση 100%. Η μεταβολομική επιτρέπει επίσης την ανίχνευση της ενδο-ατομικής μεταβλητότητας, ενώ για το ίδιο άτομο μπορεί να ποικίλει ανάλογα με την φυσιολογική κατάσταση, την αναπτυξιακή ή παθολογική κατάσταση των κυττάρων, των ιστών, των οργάνων ή ολόκληρου του οργανισμού.

Μέσω της μεταβολομικής ανάλυσης είναι εφικτό να δοθεί μια εξήγηση σε θέματα όπως: γιατί κάποιος δεν είναι σε θέση να έχει πχ απώλεια βάρους ενώ προσέχει τη διατροφή του ή γιατί αισθάνεται κόπωση ενώ δεν έχει έντονη ζωή και παράλληλα έχει πλήρη γεύματα ή να διευκρινιστεί γιατί κάποιος έχει την τάση για φλεγμονές η μικροφλεγμονές κ.α.

Διαβάζοντας το μεταβολικό προφίλ ποιες πληροφορίες μπορούμε να εξάγουμε;

Οι πληροφορίες που μπορούν να εξαχθούν σε μια μεταβολομική ανάλυση είναι:

• Βιταμίνες της σειράς Β
• Κυτταρικά αντιοξειδωτικά και αντιοξειδωτικούς μηχανισμούς
• Ιχνοστοιχεία και Συνένζυμα
• Γαστρεντερική λειτουργικότητα (Μικροβιακή εντερική χλωρίδα)
• Κύκλο του κιτρικού οξέος (μιτοχονδριακή λειτουργία και παραγωγή κυτταρικής ενέργειας)
• Μεταβολισμό των νευροδιαβιβαστών
• Μεταβολισμό λιπιδίων, πρωτεϊνών και υδατανθράκων
• Δείκτες οξειδωτικού στρες

Η μεταβολομική αναιρεί ή αμφισβητεί τις παραδοσιακές υπάρχουσες ιατρικές θεραπείες και προσεγγίσεις;

Η απάντηση είναι κατηγορηματικά όχι. Η μεταβολομική ανάλυση αποτελεί ένα εξειδικευμένο και αναπόσπαστο κομμάτι των βιολογικών επιστημών υγείας που έχει τη δυνατότητα να οδηγήσει σε μια συνολική άποψη της μεταβολικής κατάστασης και των βιοχημικών συμβάντων που συνδέονται με την κατάσταση του ατόμου. Η προσέγγιση της μεταβολομικής μπορεί να παράσχει μια ολοκληρωμένη εικόνα τόσο των φυσιολογικών συνθηκών σε σταθερή κατάσταση όσο και των δυναμικών απαντήσεων ενός δεδομένου οργανισμού σε γενετικά και περιβαλλοντικά ερεθίσματα. Έτσι η μεταβολομική ανάλυση σε συνδυασμό με τις ήδη υπάρχουσες διαγνωστικές μεθόδους (είτε απεικονιστικές, είτε εργαστηριακές, είτε κλινικές), έρχεται να δώσει μια ολοκληρωμένη και βαθύτερη αντιμετώπιση της όποιας κατάστασης.