代谢组学和健康——尖上的一场革命

想象未来,发送一个尿样回到你是否患糖尿病的准确预测在十年的时间。或者你的癌症外科医生有一个高科技的刀,告诉他们哪里削减在实时。这些只是一些承诺的潜在临床应用代谢组学的快速发展的领域。在这里,我们问权威专家对其可能改变未来的医疗保健。

“代谢组学是试图衡量所有的代谢产物在细胞或生物系统,”詹姆斯·麦克雷博士说,负责人弗朗西斯·克里克研究所代谢组学在伦敦。

他解释了为什么他觉得这是一个强大的方法:“你有成千上万的基因,成千上万的人将表达——你也有表达的蛋白质,也会以不同的方式进行修改。和所有这些影响相对较少的代谢物,数以千计,而不是成千上万的。因此,这是一个非常敏感的健康或生理学的输出样本。”

“考虑到这一点,代谢组学在大多数应用潜力巨大,即使不是全部,疾病——从糖尿病、心脏病、癌症、艾滋病毒、自身免疫性疾病、寄生虫宿主-病原体相互作用和,“他补充说。

封装的力量和代谢组学的挑战

但研究人员的主要挑战是获得尽可能广泛的一系列代谢产物覆盖在任何一个实验或项目。

“我们正在处理的代谢物拥有巨大的化学性质的差异,这意味着你需要多平台的方法和各种类型的仪器”,麦克雷说。“我们可以使用一个没有针对性的方法——试图衡量尽可能产生代谢轮廓。或者一个更有针对性的方法,我们主要关注特定的代谢产物或途径,”他补充道。

研究人员强调,代谢组学不应被视为一个单独的实体,但作为其他方法的补充。“把所有的一切算在一起,代谢分析,有针对性的分析,标签合并和计算模型,并试图把所有这些与蛋白质组学和基因组学和转录组数据——也就是封装了权力和代谢组学的挑战,”麦克雷表示。

帮助解锁个人化药物的力量

因为它可以提供人体的动态表型,有很多潜在的临床应用,可能来自代谢组学。

沃里克•邓恩博士代谢组学在伯明翰大学的高级讲师解释说:“我们的基因通常是静态的,说在未来会发生什么。代谢物在另一端是相反的——非常有活力,说刚刚发生或可能发生什么事。”

“所以我们可以把它应用到确认预后的生物标记——例如,预测如果有人患糖尿病的风险更大五到十年。如果你知道,你可以改变他们的生活方式和环境,试图阻止它,”他补充道。

它也有可能帮助解锁个人化药物的力量。邓恩解释说:“我们知道我们都是非常不同的,我们也不以同样的方式对药物的反应,所以我们可能使用代谢组学来为每个人选择最好的治疗方法。”,研究也发现新的代谢途径参与疾病,释放潜在的新药物靶点。

还有一个很大的兴奋基于小型化技术潜在的新应用程序。例如,伦敦帝国理工学院的一个小组正在开发一种新的癌症治疗外科刀。麦克雷解释说:“因为它削减,烫伤的组织和这释放烟雾小管是由质谱仪检测,所以医生可以识别肿瘤生物标志物指示是否或健康的组织。这可能是这样一个强大的工具。”

克服抽样可变性

但有一些关键的挑战需要克服之前全部潜能的代谢组学可以转化为临床医学方面的好处。

不仅是现实的差异如何收集样本在诊所与控制实验室环境。麦克雷解释道:“新陈代谢迅速周转——我说秒、分钟,所以你必须小心他们如何获得和他们如何对待之后。”

为了抵消这一点,研究人员把巨大的思想转化为他们的力量计算,以确保他们收集到足够的样本统计健壮的结果。但这可以意味着成千上万的分析样本,这通常是超出了一个实验室。邓恩的能力解释说:“我们需要把来自不同实验室的数据,并能够整合在一起,这是我们目前做不到。好消息是,工作已经开始解决这个问题,这是国际现象学中心网络的一个关键目标。”

推进代谢组学技术

另一个问题是,很多代谢产物仍然未知。邓恩表示:“在尿液,可以有10000种代谢物,在一个典型的运行我们可能只有识别两个或三千年。”

但技术和数据库迅速发展和不断完善的灵敏度和更大的分辨率。但这本身带来了新的挑战,如何解释非常大,复杂的数据集。卡罗琳·约翰逊博士,耶鲁大学公共卫生学院的助理教授解释了基于系统生物学的新工具可以帮助:“你可以上传你的诸多代谢组,转录组和蛋白质组学数据,它将帮助你识别代谢途径,会给你一些线索,什么可能发生的生物。”

也有巨大的兴奋新的质谱影像技术的发展——这可能改变游戏规则,消除前需要磨碎样品分析。麦克雷激动地说:“你可以带一片组织,基本上做代谢组学,这样您就可以看的错综复杂的自然新陈代谢是发生在一个组织。”

“这是全新的技术和有很多的工作需要做。但在接下来的十年里,它会随着越来越多的应用程序变得更加重要,”他补充道。

一个时代的到来

有一个巨大的兴奋感,代谢组学时代的到来,越来越多的研究人员从不同的地区将为他们的工作。同时,有一个伟大的愿望在现场看到发现推进到临床实践。

正如约翰逊总结:“我认为这是真正应用到人类健康和最激动人心的步骤去那里——我认为这是会发生在下一个十年。”