Genómica, proteómica, metabolómica. Los científicos que trabajan en un campo que termina con el sufijo -omica analizan la totalidad de algo. En el caso de la metabolómica, es la totalidad de todos los metabolitos de una célula u organismo. Los grupos de investigación deUwe Sauer, profesor de Biología de Sistemas en ETH Zurich, y Nicola Zamboni, líder del grupo en el Instituto de Biología de Sistemas Moleculares, se encuentran entre los líderes en este campo y ahora han desarrollado un método por el cual pueden identificar la concentración de cientos de metabolitos.simultáneamente y casi en tiempo real.
El análisis de todos los metabolitos de una vez no es particularmente fácil ya que los metabolitos son una clase muy diversa de sustancias biológicas ". Varios azúcares, grasas, materiales mensajeros y aminoácidos pertenecen a este grupo, por lo tanto, moléculas completamente diferentes. Sus únicasla similitud es que son pequeños, al menos en comparación con las proteínas y las moléculas de ARN que se producen a gran escala en las células ", explica Sauer.
metabolómica de alto rendimiento
Durante mucho tiempo, la medición simultánea de cientos de metabolitos en un líquido, por ejemplo, orina o sangre, o en las células consumió mucho tiempo. La mayoría de los biólogos utilizaron métodos en los que la mezcla de sustancias se separó primero por cromatografía yentonces los ingredientes separados se identificaron en un espectrómetro de masas.
Hace unos años, Sauer, Zamboni y sus colegas desarrollaron un método que hacía innecesaria la separación cromatográfica. "Ahora podemos analizar una muestra directamente en un espectrómetro de masas y filtrar la información sobre los ingredientes de una gran cantidad de datos utilizando un software quedesarrollamos ", dice Sauer. La identificación de 300 a 800 metabolitos diferentes en una muestra toma solo un minuto, lo que significa que el análisis de miles de muestras en un día, anteriormente solo un sueño, ahora se ha convertido en una realidad".
mediciones dinámicas automatizadas
"El éxito de este método de medición de alto rendimiento nos llevó a la idea de mediciones en tiempo real", dice Sauer. Esto es útil porque el metabolismo responde muy rápidamente a los cambios de estímulo: "Si, por ejemplo, usted enciende una luzuna planta en la oscuridad, las concentraciones de sus metabolitos cambian en solo unos segundos ". El momento preciso de un cambio de concentración en respuesta a nuevos estímulos es información importante y significativa en biología.
Los científicos de ETH implementaron su idea de medición en tiempo real mediante el uso de diferentes células en un cultivo: dos especies bacterianas, una especie de levadura y células de ratones. Los investigadores dejaron que las células crecieran en un medio de crecimiento directamente al lado de un instrumento de medición.El sistema de bombeo extrajo una pequeña cantidad del cultivo celular cada 10 segundos para analizarlo en el instrumento.
Bacterias en espera
Los investigadores no solo lograron demostrar que, en principio, tales mediciones en línea son posibles con todos los tipos de cultivos celulares; gracias a su tecnología, también obtuvieron nuevos conocimientos sobre cómo las bacterias E. coli cambian de un 'soporte'por "modo en una fase de crecimiento. Dejan que las bacterias mueran de hambre durante dos horas manteniéndolas en el medio de crecimiento sin azúcar. Como consecuencia, las bacterias cambian al programa" en espera "al detener la producción de la mayoría de los metabolitos y descomponer ellas existentes para obtener energía para la supervivencia. Después de esta fase de inanición, los científicos volvieron a proporcionar azúcar a las bacterias. En un minuto, las células reanudaron la producción de metabolitos para crecer y dividirse.
Sin embargo, los científicos estaban desconcertados por el comportamiento de 10 de los casi 300 metabolitos estudiados, que se comportaron de manera diferente a la mayoría: su concentración aumentó durante la fase de inanición y disminuyó durante la fase óptima de suministro. Los investigadores creen que estos son metabolitos claveque influyen en el cambio extremadamente rápido del metabolismo general entre las dos fases. Estos 10 metabolitos son ocho aminoácidos específicos, los componentes básicos de las proteínas, y dos moléculas, a partir de las cuales las células producen bloques de construcción de ADN y ARN. Y tienenUna cosa en común: las células tienen que gastar una gran cantidad de energía para producirlas ". Suponemos que las células no rompen esos valiosos bloques de construcción durante la fase de inanición, sino que las guardan para tener las mejores condiciones de arranque posibles parala fase de crecimiento posterior ", dice Sauer.
Mediante el uso de un modelo informático biológico de sistemas, los científicos pudieron mostrar cómo funciona la regulación: los 10 metabolitos guardados durante la fase de inanición evitan que las células produzcan más al comienzo de la fase de crecimiento mediante un mecanismo de retroalimentación.Como resultado, las células no desperdician energía en la costosa construcción de los 10 metabolitos, sino que ponen sus recursos completamente en la síntesis de las otras moléculas.
Útil en el desarrollo de medicamentos
Sauer actualmente está dando a conocer el nuevo método en tiempo real a la comunidad científica. "Es un método muy útil para obtener una primera visión general de cómo reaccionan las células a un estímulo externo. Esto lo hace adecuado para el análisis de todos los procesos metabólicosque tienen lugar durante un período de media hora a varias horas ", dice. Ve posibles aplicaciones no solo en la investigación biológica básica, sino también, por ejemplo, en la detección de nuevos agentes farmacéuticos potenciales. Esto lo haría posibleposible descubrir cómo una droga altera el metabolismo, un método que el grupo de Sauer ahora usa para tales investigaciones.
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Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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