Análisis Medioambiental y Bioanálisis
Investigación: Ómicas
Metalómica
Proteómica
Metabolómica
La homeostasis es el conjunto de mecanismos por el que los seres vivos alcanzan un equilibrio dinámico que les permite vivir. El ciclo homeostático
se altera por la acción de los contaminantes, la aparición de enfermedades, o la alteración de las condiciones usuales de producción o elaboración en
el caso de los alimentos. Estos sistemas responden mediante la activación de mecanismos compensatorios. Los biomarcadores son índices que reflejan estos
cambios globales del metabolismo o las condiciones tipo de los sistemas vivos. Las nuevas tecnologías ómicas, junto con las aportaciones de los métodos
in vitro e in silico, constituyen actualmente una estrategia multidisciplinar de utilidad y eficacia sin precedentes en la búsqueda de nuevos
biomarcadores de calidad ambiental, calidad y valor nutritivo de los alimentos, y diagnosis precoz de enfermedades. Las tecnologías ómicas se han
desarrollado mediante estudios con especies modelo en condiciones de laboratorio, por lo que su aplicación a especies no modelo y en condiciones nativas
está en una fase temprana de desarrollo.
El desarrollo de las tecnologías ómicas ha seguido un camino progresivo e interrelacionado, que parte del gran éxito de la genómica. Este proceso
integrado ha impulsado la proteómica dado el desafío que representa examinar todas las proteínas (proteoma) que se expresan en una célula, tejido u
órgano en un momento dado y bajo determinados factores. No obstante la forma final de acción de las proteínas en el organismo se produce a través de los
metabolitos que ellas generan. Por tanto, la biología de sistemas integra varias ómicas: genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica, a las
que recientemente se les ha unido la metalómica, ya que aproximadamente un tercio de las proteínas y biomoléculas están unidos a metales, los cuales
determinan su función. Esta integración constituye una herramienta poderosa para el entendimiento de los mecanismos implicados en las enfermedades
humanas y el efecto de los fármacos, permitiendo promover el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos. Asimismo, estás ómicas aportan metodologías
de última generación para el estudio de alimentos funcionales y la extracción de metabolitos con alto valor añadido.
Metalómica
Los iones metálicos regulan en muchos casos la expresión de las proteínas, como es el caso de las metalotioneinas, existen metalchaperonas que protegen y dirigen las trazas en el citosol, uniéndose a los metales, reconociendo las proteínas con las que deben interaccionar y facilitando su transferencia a las mismas. Además, algunas proteínas extracelulares como la albúmina y la transferrina son transportadores metálicos. Por tanto, la concentración intracelular de metales, su distribución en los diferentes compartimentos celulares y su incorporación a las metaloproteínas está muy controlada.
Los mecanismos por los que los metales son detectados, almacenados o incorporados como cofactores
requieren, además de la identificación de metaloproteínas, la caracterización de un conjunto de moléculas no proteínicas (productos de reacciones
enzimáticas o bioquímicas) que interaccionen con iones metálicos o con metabolitos de compuestos metálicos exógenos (por ejemplo, metalodrogas).
Por ello se precisa de prcedimientos analíticos que permitan el estudio del contenido metálico de los organismos y ecosistemas, su especiación,
localización y uso.
El término metaloma se refiere a la presencia de especies de metales y metaloides en una célula o un tejido, su identidad, cantidad y localización.
Metalómica es el procedimiento o metodología que permite el estudio del metaloma, las interacciones y conexiones funcionales de los iones metálicos y sus
especies con los genes, proteínas, metabolitos y otras biomoléculas en los organismos vivos y los ecosistemas.
La metodología usada en metalómica se basa en el uso de sistemas instrumentales multidimensionales que generalmente combinan una etapa de separación
(2-DE electroforesis, electroforesis capilar y las múltiples alternativas de la cromatografía líquid, a) con la detección mediante ICP-MS, identificando
las especies detectadas y aisladas mediante espectrometría de masas.
Proteómica
El estudio de las proteínas es crucial en diversos campos de interés económico y social, como el medio ambiente, los alimentos y la salud. Las proteínas pueden utilizarse como biomarcadores de contaminación ambiental, para estudiar rutas metabólicas, diagnosis de enfermedades, acción de medicamentos, calidad y autentificación de los alimentos, establecimiento seguro de su denominación de origen y un largo etcétera.
Los procedimientos analíticos que se aplican en Proteómica están aún en una etapa de desarrollo, por la dificultas de identificar proteínas minoritarias y sobre todo por lograr establecer de forma cuantitativa la presencia de dichas proteínas (Proteómica Cuantitativa). Una dificultad adicional en estos estudio viene motivada por la escasez de datos de secuenciación relativos a muchas de las especies que se estudian, lo que limita la identificación de las proteínas diferencialmente expresadas mediante las técnicas de más amplio uso, como 2DE electroforesis y análisis por MALDI-TOF-PMF. El uso de la cromatografía líquida acoplada al espectrómetro de masas constituye hoy una alternativa muy prometedora, especialmente cuando se combina con diversas técnicas de marcaje isotópico. Las aportaciones del grupo en este campo en conexión con problemas relacionados con el medio ambiente, la autentificación de alimentos y la diagnosis precoz de enfermedades crónicas constituye una de las líneas a la que se le está prestando mayor atención.
Metabolómica
El análisis global de los metabolitos, es una herramienta de diagnóstico para la clasificación de los individuos.
El mayor atractivo de esta disciplina es la posibilidad de llevar a cabo análisis cuantitativo no-invasivo de fluidos biológicos humanos fácilmente accesibles.
Son enormes las posibilidades de la técnica a nivel básico, aplicado y clínico, constituyendo hoy día una herramienta insustituible para la diagnosis de
enfermedades y en medicina preventiva. Otro campo de gran interés para aplicar las técnicas metabolómicas es el nutricional, Nutrimetabolómica, permitiendo
la caracterización de metabolitos de interés en nutrición a partir de materias primas y subproductos alimentarios. De esta forma puede dirigir en la
preparación de alimentos funcionales, nutracéuticos y suplementos dietéticos.
Las técnicas más comúnmente usadas en metabolómica son la espectrometría de masas (MS) y la resonancia magnética nuclear (NMR). En MS las plataformas de
análisis actuales constan de una etapa de preparación de la muestra seguida de una separación individual mediante cromatografía líquida (LC) —más raramente
mediante electroforesis capilar (CE) antes su introducción en el espectrómetro. El desarrollo reciente de los espectrómetros de masas de alta resolución
tales como sistemas híbridos cuadrupolo-tiempo de vuelo (Q–TOF) permiten la identificación inequívoca de los metabolitos o lípidos finales y productos
intermedios; lo que supone una herramienta perfecta para el conocimiento de todas las especies formadas a lo largo de una ruta metabólica. En análisis
cuantitativo, el espectrómetro de masas de triple cuadrupolo (qQq) es clave para el desarrollo de métodos de alta sensibilidad y selectividad una vez que
los metabolitos han sido identificados.
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Centro de Investigación en Recursos Naturales, Salud y Medio Ambiente |
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