Метаболомика биологических объектов
Что такое метаболом?
Метаболом – это комплекс всех низкомолекулярных метаболитов с массой < 1500 Da, присутствующих в биологическом образце. Предполагается, что их общее число в типичной клетке находится в пределах от 1,000 до 5,000. Метаболиты, являясь промежуточными соединениями биохимических реакций, играют очень важную роль в объединении различных биохимических путей, функционирующих в живой клетке. Уровень метаболитов зависит от активности ферментов, катализирующих их превращение. В свою очередь, концентрация и свойства ферментов – это сложная функция различных регуляторных процессов, включающих регулирование транскрипции и трансляции, регуляции белок-белковых взаимодействий, и аллостерической регуляции активности ферментов путем их взаимодействия с метаболитами. Mетаболом – это биохимический фенотип организма, который является заключительным результатом взаимодействия генотипа с окружающей средой. В отличие от генома, транскриптома и протеома, метаболом непосредственно связан с биологическими функциями организма.
Что такое метаболомика?
Метаболомика – это технология, которая включает в себя набор аналитических и биоинформационных методов для количественного определения и идентификации низкомолекулярных метаболитов (метаболома), присутствующих в клетке, ткани или организме. Главная цель метаболомики заключается в определении изменений в биохимическом фенотипе организма, которые являются реакцией организма на его генетическую модификацию, или на любые изменения в окружающей среде.
В чем особенность и важность метаболомики?
Одним из приоритетных направлений биологической науки является изучение взаимосвязи генотипа и фенотипа живого организма. Однако, активное использование методов геномики, транскриптомики и протеомики показало, что эти технологии не дают всей необходимой информации, которая позволяет определить, как изменение в геноме, мРНК или белке связаны с изменением в биологической функции организма или в фенотипе. В связи с этим, для эффективного решения многих вопросов функциональной геномики, наряду с традиционными фенотипическими характеристиками организма (морфологическими и анатомическими) стали использовать анализ его биохимического фенотипа или метаболома. Информация об уровне внутриклеточных метаболитов, совместно со структурой метаболических путей, оказалась очень важной для понимания механизма регуляции метаболизма. Кроме того, в настоящее время она представляет большую ценность не только для функциональной геномики, но и для развития биохимической инженерии.
Области использования метаболомики
Применение метаболомики позволяет решать многие проблемы фундаментальной биологии и медицины, которые не могут быть решены с помощью других подходов.
Например:
- сравнение метаболизма генетически модифицированного и исходного организмов
- определение изменений в метаболизме биообъекта под действием какого-либо фактора окружающей среды
- быстрый и эффективный контроль селекционного процесса растений
- тщательный биохимический контроль пищевых и лекарственных растений и продуктов их переработки
- выявление метаболитов-маркеров, изменение содержания которых тесно связано с различными патологическими процессами у растений и животных (включая человека)
- и т.д
Основные услуги, оказываемые по метаболомике биообъектов
Полный цикл работы:
- Дизайн и подготовка эксперимента
- Отбор образцов и экстракция метаболитов. Оптимальное число повторности одной группы образцов растений (генотип или фенотип) 7-10. Вес сухого растительного образца – 10-30 мг. Оптимальное число повторности одной группы образцов человека или животных – до 20; размер образца, например плазма крови – 100-150 μл
- Анализ метаболома образцов с применением газо-жидкостной хроматографии и ультра-эффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детекторованием (ГХ-МС и УЭЖХ-МС)
- MetAlign обработка МС хроматограмм с полным сканированием (TIC, total ion chromatogram): корректировка базовой линии хроматограммы, обнаружение пиков метаболитов, нормализация относительно внутреннего стандарта, экстракция масс-спектров, выравнивание МС хроматограмм всех образцов
- Формирование таблицы данных метаболома образцов и их нормализация относительно веса образца. Биоинформационная обработка данных с использование SIMCA-P+ анализа (PCA, НСА, OPLS и другие)
- Определение метаболитов, которые вносят основной вклад в различие анализируемых групп биообъектов (S-plot)
- МС идентификация метаболитов-маркеров с применением библиотек масс-спектров: «NIST-2008», MPIMPP (Германия) и МSDB (Университет Турку и ВИЛАР), HMDB, а также на основе измерения молекулярной массы метаболита с применением хроматографической системы Agilent 1200 УЭЖХ с BRUKER micrOTOF-Q-MS высокого разрешения
- Анализ данных и получение биологической информации
- Представление результатов работы в форме отчета
Стоимость работы
Стоимость работы в области метаболомики договорная и рассчитывается для каждого отдельного заказа с учетом типа биообъекта, объема работы, используемой хроматографической платформой (ГХ-МС или УЭЖХ-МС), общим количеством образцов и трудоемкостью подготовки образцов для экстракции. Она также включает стоимость расходных материалов, реагентов, стандартов и сервисное обслуживание хроматографических систем, что необходимо для получения достоверного конечного результата.
Оборудование, используемое при анализе метаболома
А, шаровая мельница MM200 (RETSCH) для гомогенизации образцов;
Б, система VORTEX Genie 2 для экстракции метаболитов
Установка для лиофильной сушки Lyophilizer CHRIST Alpha 2-4 (B. Braun Biotech, International)
Концентратор (Concentrator plus, Eppendorf AG)
Perkin Elmer газо-хроматорафическая система AutoSystem XL с масс-спектрометрическим детектором TurboMass Gold для анализа полярных и липофильных метаболитов
Waters Acquity УЭЖХ система с диодным и XEVO TQ МС детектором для анализа полярных и липофильных метаболитов
Agilent 1200 УЭЖХ система с масс-спектрометрическим детектором высокого разрешения BRUKER micrOTOF-Q-MS для идентификации метаболитов
Система Waters для препаративной ВЭЖХ. Используется для выделения и последующей идентификации метаболитов методами 1^H- и 13^C-ЯМР
Примеры анализа метаболитов
ГХ-МС профиль метаболитов экстракта растения
УЭЖХ-УФ-МС (TIC) профили метаболитов растения (УЭЖХ система Waters Acquity с диодным и XEVO TQ МС детектором)
УЭЖХ-УФ-МС идентификация метаболита растения (УЭЖХ система Agilent 1200 с масс-спектрометрическим детектором высокого разрешения BRUKER micrOTOF-Q-MS)
