La metabolómica es el estudio a gran escala de pequeñas moléculas que son productos intermedios y finales de los procesos metabólicos.

¿Qué son las Moléculas Pequeñas?

Una molécula pequeña (metabolito) es un compuesto orgánico de bajo peso molecular (entre 50 y 1.500 daltons), que suele intervenir en un proceso biológico como sustrato o producto.

El Dinamismo del Metaboloma

Las moléculas pequeñas se absorben, sintetizan y degradan continuamente, e interactúan con otras moléculas, tanto dentro de los sistemas biológicos como entre ellos, y con el medio ambiente. La metabolómica describe de mejor manera la actividad de las células.

La metabolómica es un enfoque poderoso porque los metabolitos y sus concentraciones, a diferencia de otras medidas «ómicas», reflejan directamente la actividad bioquímica subyacente y el estado de las células/tejidos.

Relación con otras ciencias ómicas:

• Genómica (genes)
• Transcriptómica (ARNm)
• Proteómica (proteínas)
• Metabolómica (metabolitos)

Epigenética: Son cambios en el ADN sin cambiar la secuencia.

Objetivo de la Metabolómica

Identificar posibles biomarcadores que se correlacionen con una enfermedad, la toxicidad de un fármaco, una variación genética o ambiental en el organismo de estudio.

El producto final de la interacción del estado genético, la bioquímica, la fisiología y la exposición ambiental.

Aplicaciones de la Metabolómica

Los biomarcadores validados en la investigación clínica y los estudios de salud pública constituyen la base de nuevos ensayos de diagnóstico en medicina personalizada.

En la investigación farmacéutica, puede proporcionar información temprana sobre la toxicidad de los fármacos.

¿Qué es un Biomarcador?

Un biomarcador es una característica (molécula) definida que se mide como indicador de procesos biológicos normales, procesos patógenos o respuestas biológicas a una exposición o intervención, incluidos los intervinientes terapéuticos.

Otras aplicaciones: Los estudios de genómica funcional para desentrañar las funciones e interacciones de los genes en la investigación bacteriana, vegetal, animal y humana se benefician de los enfoques de perfiles metabólicos, ya que los cambios en las concentraciones de pequeñas moléculas están estrechamente relacionados con el fenotipo observado.

Rutas Metabólicas

En bioquímica, una ruta metabólica es una secuencia de reacciones que, a partir de un sustrato, conducen a uno o varios productos a través de metabolitos intermediarios.

Las diferentes reacciones de una ruta metabólica son catalizadas por enzimas e implican la transformación paso a paso del sustrato para convertirse en un producto final.

Interrelación de las Rutas Metabólicas

Las rutas metabólicas son interdependientes y no tienen sentido aisladas. Sin embargo, pueden clasificarse considerando condiciones generales.

Tipos de Rutas Metabólicas

• Catabólicas
• Anabólicas
• Anfibólicas

Biosíntesis de Metabolitos

Es un proceso mediante el cual los organismos vivos elaboran sustancias más complejas a partir de otras más simples con el consecuente gasto de energía metabólica.

Metaboloma y Perfil Metabólico

Metaboloma: Se ha definido como la colección cualitativa y cuantitativa de todas las moléculas de bajo peso molecular (metabolitos) presentes en las células que participan en las reacciones.

Perfil metabólico: Un perfil metabólico involucra la identificación y cuantificación de metabolitos endógenos específicos.

Un perfil metabólico sencillo es una imagen del estado metabólico de un organismo en un momento dado.

La Metabolómica dentro de las Ciencias Ómicas

• Es una plataforma insustituible dentro de las ciencias biológicas.
• Dentro de las ciencias ómicas, es la que más se acerca al fenotipo del organismo y la que tiene una mejor predicción.
• Las estrategias metabólicas se suelen clasificar en dos fenotipos importantes del organismo: metabolómica dirigida y metabolómica no dirigida.
• La elección entre estas técnicas requiere una cuidadosa consideración de los objetivos del investigador.

Metabolómica Dirigida

Consiste en la medición de un conjunto definido de analitos caracterizados y anotados bioquímicamente.

Se basa en hipótesis y a menudo se aplica para la validación de procesos previamente identificados.

Aprovechando el conocimiento a priori de las vías y los mecanismos metabólicos, proporciona una cuantificación selectiva absoluta de metabolitos.

Puede utilizarse para establecer mediciones de referencia en comparaciones entre estadios diferentes.

Ventajas de la Metabolómica Dirigida

• El uso de estándares marcados isotópicamente y de parámetros claramente definidos reduce los falsos positivos.
• Los metabolitos analizados con cuantificación absoluta proporcionan una mejor precisión global en comparación con la metabolómica no dirigida.
• La preparación optimizada de las muestras reduce el predominio de moléculas de alta abundancia.
• Las listas preferidas de metabolitos en estados fisiológicos y combinantes proporcionan comparaciones cuantificables entre grupos experimentales.

Desventajas de la Metabolómica Dirigida

• Se basa en el conocimiento a priori de conjuntos específicos de metabolitos y su aplicabilidad se ve restringida cuando no hay conocimiento exhaustivo de un metabolito o no se disponen de estándares isotópicos.
• Un número limitado de metabolitos en la mayoría de los protocolos.
• Mayor riesgo de omitir metabolitos de interés.
• Está diseñada para medir metabolitos conocidos.

Los investigadores deben evaluar a fondo si los enfoques dirigidos se ajustan a sus objetivos de investigación antes de ponerlos en práctica.

Metabolómica No Dirigida

Es un análisis global y exhaustivo que abarca la medición de todos los metabolitos de una muestra, incluidas las dianas desconocidas.

Sienta las bases para el descubrimiento y la generación de hipótesis.

Los enfoques no dirigidos implican la identificación cualitativa y la cuantificación relativa de miles de metabolitos endógenos en muestras biológicas.

Desarrolla un papel fundamental en el descubrimiento de biomarcadores y han aportado nuevos conocimientos sobre enfermedades y fisiología en diferentes organismos.

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