Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Huvitavat metaboloomikast
Ursel Soomets Meditsiinilise metaboloomika professor
Bio- ja Siirdemeditsiini instituut
Biokeemia osakond
Siirdemeditsiini tippkeskus
Arstiteaduskond
Millest täna juttu tuleb?
• Mis on metaboloom?
• Metaboloomi sugulus teiste oomiliikidega
• Mass-spektromeetria
• Mõningad näited
Metaboloom • Madalmolekulaarsete ühendite kogum
– Orgaanilised ühendid, mis ei ole enamuses polümeersed, on reeglina molekulmassiga 100-700 Da
– Näiteks aminohapped, rasvhapped, suhkrud, vitamiinid, lipiidid & mõningad anorgaanilised ühendid ja elemendid
• Bioloogilised süsteemid koosnevad harva üksikutest puhastest ainetest – kõik on segud
• Lõhna ja maitseained on madalmolekulaarsed. • Lõhna- ja maitsebukett – osad prae
metaboloomist Heaks aistinguks ei pruugi piisata ühest komponendist vaid võib olla tarvilik paljude ainete õige vahekord. Täpselt samuti ka terve metaboloomi korral
(2500 metabolites, 1200 drugs, 3500 food components)
Genoom
Transkriptoom
Proteoom
Metaboloom
Fenotüüp
Mis võib juhtuda
Mis paistab juhtuvat
Mis paneb selle juhtuma
Mis juhtus või juhtub praegu
Roux A, et al, Applications of liquid chromatography coupled to mass spectrometry-based metabolomics in
clinical chemistry and toxicology: Clin Biochem (2010), doi:10.1016/j.clinbiochem.2010.08.016
Eksperimendi skeem
Erinevad analüüsid
• Suunatud analüüs/biomarkerid – enamik põhikooli lõpetanuist saaks andmetöötlusega hakkama
• Suunamata analüüs – mitmemõõtmeline andmetöötlus
Vahendid metaboloomi küttimiseks
• Ajalooliselt – keel, nina
– Uriini maitse ja lõhna põhjal
haiguste määramine
• Tänapäeval
• Eraldamine
– Gaaskromatograafia (GC)
– Kõrglahutuvusega vedelikkromatograafia (HPLC)
– Kapillaarelektroforees (CE)
• Detektsioon
– Mass-spektromeetria (MS)
– Tuumamagnetresonants (NMR)
Tandem mass-spektromeetria - MS/MS
• Vedelikkromatograaf-tandemmass-spektromeeter (LC/MS/MS)
– Eraldab proovis leiduvad ained
– Ioniseerib ained (+/-)
– Registreerib ainete massi-laengu suhted (m/z), mis on harilikult vastavate ainete massid.
– Võimaldab meid huvitavat ainet lõhustada ning registreerida selle fragmentide m/z-d
Miks metaboloomi uuritakse
• Haiguste diagnostika
• Haiguste jälgimiseks/diagnoosimiseks sobivate biomarkerite otsingud
• Ravimite metabolism
• Ravimite toksilisuse hindamine
Loomkatsed
Neerud Sinine +/+ Punane -/-
* p<0,05 ** p<0,01 *** p<0,001
Toit
Walsh et al BrJ of Nutrition 2014
NW (loe) – Dublin, IRL; Reading,UK SW (edel) – Cordoba, ESP; Marseille, FRA NE (kirre) – Uppsala, SWE; Oslo, NOR
Professor of metabolomics
Rõõmus lehm Tervislik toit Õnnelik elanik
Üldine metaboloomiliste uuringute võrgustik piima uuringutes
Miks mõnest piimast juustu ei saa?
• 131 proovi, 39 farmi • Andmed: laapumine (Rmin, E30), pH, valgu, rasva ja
karbamiidi sisaldus, lüpsipäev, laktatsioon, tõug, põlvnemine.
• Laapuvate ja mittelaapuvate piimade metaboolsete profiilide analüüs.
- Piima laapumist iseloomustavate markerite leidmine
- Piima laapumist iseloomustavate metaboliitide identifitseerimine
Väga hästi laapuv piim
Mittelaapuv piim
Punane - mittelaapuvad, must – vahepalse laapuvusega, roheline – hästi laapuvad
piima proovid. Wilcoxon’i test hästi ja mittelaapuvate vahel. 25 suurima
erinevusega m/z väärtust koos p-väärtusega.
Mittelaapuv
ad
Vahepealse laapuvusega Hästi
laapuvad
Mittelaapuvad Hästi laapuvad
Erinevused disahhariidides, karnitiinis, fosfosuhkrutes jne
Inimuuringud
Mida siis patsientidel uuritud on?
• Kasutatud on kõiki erinevaid tehnikaid
• Populaarseim on NMR, kuid järjest rohkem MS/MS
• Vereplasma, uriin, liikvor, koed
• Haigeid võrreldud tervetega, tervet kude patoloogilisega samal patsiendil, omavahel võrreldud erinevaid sama haiguse raskusastmeid, veel, kas metaboliitide seisukohalt on tegemist erinevate haiguste/patoloogiatega?
• Krooniline obstruktiivne kopsuhaigus (KOK) • Patoloogiline seisund, mille korral
forsseeritud hingamise õhuvoolud on oluliselt vähenenud • Sümptomid: rögaeritus, krooniline köha,
õhupuudus • Põeb 210 milj. inimest • 5% surmadest KOK tõttu
• Väljahingatud õhu kondensaat (EBC) • Koostiselt sarnane hingamisteede epiteeli
piirdevedelikuga • 20 000 korda lahjem • Hingamisteede ainevahetuse produktid +
ained verest • Lenduvad ja mittelenduvad ained
Väljahingatava õhu
kondensaat; EBC
Proovide kogumine
• Rtube
(10 min, 1-1,5ml, -80°C)
• Säilitamine - temp -80°C
• MS analüüs
Kopsuhaigused
KOK
Astm
a
Hingeõhu kondensaadi peakomponentanalüüs
SPLSDA preop vs postop (EBC)
PLSDA
Vähikude; mittevähikude
Phosphatidylinositol
(18:0-20:3) MW =
888,52
Ülesreguleeritud vähikoes
Psoriaasi metaboloomika
• Proovide kogumine:
Naha biopsiad EBC Vereseerum
Psoriaatilise naha PCA analüüs
Roheline – terve doonor Punane – psoriaatiline nahk Sinine – mittepsoriaatiline nahk
Psoriaasi haigete vs tervete EBC PCA
Kokkuvõtteks
• Metaboloom on madalmolekulaarsete (orgaaniliste) ühendite bukett.
• Termin ”metaboloom” on suhteliselt uus, kuid metaboloome on uuriud väga ammu.
• Tänu teadusaparatuuri arengutele on viimasel kahel kümnendil uuringud palju tulemusrikkamad kui enne.
TÄNAN TÄHELEPANU EEST!
Metaboloomikute hüüdlause!