Метаболика

В нашем организме постоянно меняется количество и состав не только белков, но и более простых органических молекул, образующихся в результате различных обменных процессов или попадающих в него из внешней среды.

Такие молекулярные «профили» несут уникальную информацию, которую можно использовать для самых разных практических целей. Ученым удалось выяснить причины развития некоторых болезней (катаракты, онкозаболеваний).

Со второй половины XX в. наблюдается развитие молекулярной биологии, и в частности метаболомики. Метаболомика – это молодая отрасль науки, изучающая метаболом – совокупность малых молекул в организме, органе, ткани или клетке.

Анализ метаболома является ключевым моментом для понимания динамических процессов, происходящих в организме. При нормальных условиях концентрация тех или иных соединений в ткани или жидкости определяется их ролью в метаболических процессах и, как правило, меняется в небольших пределах, но при развитии патологии метаболомный профиль пораженной ткани может резко измениться.

Изучая динамику состава и концентрации метаболитов, можно понять молекулярные основы возникновения множества заболеваний и выявить их биомаркеры:

Уровни органических кислот в крови, особенно лактата, могут служить индикаторами выносливости спортсмена.

Анализ концентрации аминокислот в крови, важен для оценки баланса белков и их достаточности для восстановления мышц и других тканей.

Витамины B3 (ниацин), B6 (пиридоксин), B9 (фолат), B12 (кобаламин), D участвуют в энергетическом обмене, синтезе ДНК и регуляции гомоцистеина, высокий уровень которого может быть связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний.

Гормоны и метаболиты (например, кортизол и тестостерон) влияют на адаптацию к тренировкам и восстановление.

Ацилкарнитины предоставляют информацию о метаболизме жирных кислот и могут быть индикаторами нарушений в энергетическом обмене.

Витамины А, Е, С защищают клетки от оксидативного стресса, возникающего в результате интенсивных тренировок.

Коэнзим Q10 является важным компонентом в митохондриях и играет ключевую роль в производстве энергии в клетках (цикл Кребса). Кроме того, коэнзим Q10 обладает антиоксидантными свойствами, защищая клетки от повреждений свободными радикалами, поэтому его уровень позволяет оценить оксидативный стресс в организме.

Исследование метаболомного профиля может помочь в определении индивидуальных потребностей в питании, планировании физических нагрузок. Результаты анализа метаболома могут использоваться для корректировки диеты. На основании метаболомных данных можно выявить специфические изменения метаболизма, которые происходят у людей при развитии заболеваний.

По мнению некоторых учёных, возникновение метаболомики можно отнести к 4-му тыс. до н. э. До наших дней дошли шумерские и вавилонские глиняные таблички этого времени с описанием анализа мочи.

Формирование современной метаболомики началось в 1950-х гг. с работ Р. Уильямса по сравнению более 200 тыс. хроматограмм. Учёный предложил использовать метаболические паттерны на бумажных хроматограммах в качестве «отпечатка пальца» биологического образца.

Следующим шагом в развитии метаболомики стала разработка методов газо-жидкостной (Quantitative analysis of urine vapor and breath by gas-liquid partition chromatography, 1971) и газовой (Gates,1978) хроматографии, которые в сочетании с методами масс-спектрометрической детекции позволили получать метаболические профили большого количества соединений. Сам термин «метаболический профиль» ввёл Э. Хорнинг в 1971 г., изучавший состав мочи с помощью хроматографии и масс-спектрометрии.

В настоящее время метаболомика находит применение во многих областях науки, включая здоровье человека, разработку лекарственных средств, микробиологию, пищевую промышленность. Метаболомика питания — это средство изучения актуальных вопросов в области питания с помощью метаболомных принципов и методов.

Метаболомика позволяет изучить, как изменяется метаболизм в организме в ответ на применение лекарственного средства. Изучение изменений эндогенных метаболитов позволяет исследовать механизмы токсичности, фармакодинамики или фармакокинетики лекарственного средства. Таким образом, метаболомное исследование позволяет увидеть биохимические процессы в организме и молекулярные изменения, которые происходят при развитии заболевания.

В эпоху «омики» метаболомика и метапротеомика стали мощными инструментами для глубокого анализа ферментации различных продуктов питания. Эти две области науки доказали свою важность для более глубокого понимания микробов, их взаимодействия с хозяевами и окружающей средой, метаболической активности и внутриклеточных биохимических реакций. Все это даёт глубокое понимание микроскопического мира.

Исследования в области метаболомики можно использовать для модификации штаммов бактерий в соответствии с конкретными потребностями, например, получение различных устойчивых к стрессу штаммов микроорганизмов для оптимального производства желаемых метаболитов в стрессовых условиях.

Метаболомика — это ключевой инструмент для изучения влияния продуктов питания на здоровье человека. Выявляя биомаркеры, полученные из продуктов питания, можно определить индивидуальные различия в метаболизме одних и тех же продуктов в здоровом организме и больном

В организме человека постоянно происходят изменения, связанные с количеством и составом белков и других органических молекул. Эти молекулы могут образовываться в результате обменных процессов или поступать в организм из внешней среды.

Изучение этих молекулярных «профилей» может быть полезно для различных целей. Например, учёные смогли выяснить причины развития некоторых заболеваний, таких как катаракта и онкологические заболевания.

С середины XX века активно развивается молекулярная биология, в частности, метаболомика. Метаболомика — это наука, которая изучает метаболом, то есть совокупность малых молекул в организме, органе, ткани или клетке.

Анализ метаболома помогает понять, как происходят динамические процессы в организме. В норме концентрация определённых соединений в ткани или жидкости зависит от их роли в метаболических процессах и обычно меняется незначительно. Однако при развитии патологии метаболомный профиль поражённой ткани может сильно измениться.

Изучая динамику состава и концентрации метаболитов, можно понять молекулярные основы многих заболеваний и выявить их биомаркеры.

Например:

Уровни органических кислот в крови, особенно лактата, могут служить индикаторами выносливости спортсмена. Анализ концентрации аминокислот в крови важен для оценки баланса белков и их достаточности для восстановления мышц и других тканей. Витамины B3 (ниацин), B6 (пиридоксин), B9 (фолат), B12 (кобаламин), D участвуют в энергетическом обмене, синтезе ДНК и регуляции гомоцистеина, высокий уровень которого может быть связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний. Гормоны и метаболиты (например, кортизол и тестостерон) влияют на адаптацию к тренировкам и восстановление. Ацилкарнитины предоставляют информацию о метаболизме жирных кислот и могут быть индикаторами нарушений в энергетическом обмене. Витамины А, Е, С защищают клетки от оксидативного стресса, возникающего в результате интенсивных тренировок. Коэнзим Q10 является важным компонентом в митохондриях и играет ключевую роль в производстве энергии в клетках (цикл Кребса). Кроме того, коэнзим Q10 обладает антиоксидантными свойствами, защищая клетки от повреждений свободными радикалами, поэтому его уровень позволяет оценить оксидативный стресс в организме.

Исследование метаболомного профиля может помочь в определении индивидуальных потребностей в питании и планировании физических нагрузок. Результаты анализа метаболома могут использоваться для корректировки диеты. На основании метаболомных данных можно выявить специфические изменения метаболизма, которые происходят у людей при развитии заболеваний.

Некоторые учёные считают, что метаболомика возникла ещё в IV тысячелетии до нашей эры. До наших дней дошли шумерские и вавилонские глиняные таблички этого времени с описанием анализа мочи.

Современная метаболомика начала развиваться в 1950-х годах, когда Р. Уильямс сравнил более 200 тысяч хроматограмм. Учёный предложил использовать метаболические паттерны на бумажных хроматограммах в качестве «отпечатка пальца» биологического образца.

Затем в развитии метаболомики произошло ещё несколько важных событий:

Разработка методов газо-жидкостной хроматографии (Quantitative analysis of urine vapor and breath by gas-liquid partition chromatography, 1971) и газовой хроматографии (Gates,1978), которые позволили получать метаболические профили большого количества соединений. Введение термина «метаболический профиль» Э. Хорнингом в 1971 году, который изучал состав мочи с помощью хроматографии и масс-спектрометрии.

В настоящее время метаболомика применяется в различных областях науки, включая медицину, разработку лекарств, микробиологию и пищевую промышленность. Метаболомика питания — это инструмент для изучения актуальных вопросов в области питания с помощью метаболомных принципов и методов.

Метаболомика позволяет исследовать, как изменяется метаболизм в организме в ответ на применение лекарственного средства. Изучение изменений эндогенных метаболитов помогает исследовать механизмы токсичности, фармакодинамики или фармакокинетики лекарственного средства. Таким образом, метаболомное исследование позволяет увидеть биохимические процессы в организме и молекулярные изменения, которые происходят при развитии заболевания.

В эпоху «омики» метаболомика и метапротеомика стали мощными инструментами для глубокого анализа ферментации различных продуктов питания. Эти две области науки доказали свою важность для более глубокого понимания микробов, их взаимодействия с хозяевами и окружающей средой, метаболической активности и внутриклеточных биохимических реакций. Это позволяет лучше понять микроскопический мир.

Исследования в области метаболомики можно использовать для модификации штаммов бактерий в соответствии с конкретными потребностями, например, для получения устойчивых к стрессу штаммов микроорганизмов, которые будут оптимально производить желаемые метаболиты в стрессовых условиях.

Метаболомика — это ключевой инструмент для изучения влияния продуктов питания на здоровье человека. Выявляя биомаркеры, полученные из продуктов питания, можно определить индивидуальные различия в метаболизме одних и тех же продуктов в здоровом организме и больном.

Метаболомика позволит улучшить оценку питания по трём основным направлениям: выявление биомаркеров, связанных с питанием, изучение заболеваний, связанных с питанием и оценка влияния питания на метаболические процессы.

Метаболомика оказалась ценным инструментом для измерения биохимических изменений, связанных с изменениями в состоянии здоровья, вызванными диетой. Исследования в области питания являются междисциплинарными, как и метаболомика. Они требуют сотрудничества между учёными-исследователями с пересекающимися областями знаний, включая диетологов, врачей, медсестёр, специалистов по биоинформатике, учёных-аналитиков, статистиков и химиков, а также многих других заинтересованных сторон.

Такая интеграция необходима для развития знаний, необходимых для создания научно обоснованного персонализированного плана питания.

Дальнейшее изучение взаимосвязи между питанием и здоровьем позволит расшифровать индивидуальную вариативность реакций на потребление пищи. Возможно, в дальнейшем можно будет предсказуемо изменять физиологические системы для улучшения питания, здоровья и профилактики заболеваний.

Это позволит точно настраивать диетическое питание и выстраивать вектор здоровья! 

Квалифицированную консультацию специалиста вы можете получить в ВДКБ ВГМУ им. Н.Н. Бурденко по адресу город Воронеж, переулок Здоровья, 16.

Получить более подробную информацию вы можете по номеру телефона регистратуры +7(473)265 30 01.

Источник: по материалам НИИ Педиатрии
и охраны здоровья детей Научно-клинического центра № 2 ФГБНУ
«Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского»
Иллюстрация создана с помощью инструментов генеративного ИИ 
отделом интернет-проектов и онлайн-сервисов