Dentro de la biología molecular, una innovadora disciplina, la metabolómica, surge a partir de los descubrimientos sobre los metabolitos, esto es, las moléculas producto del metabolismo. La misma promete identificar los metabolitos o huellas químicas especificas del proceso celular e interpretar su significado para llegar a las bases moleculares de las enfermedades.
Hace mas de 20 años, el doctor Jeremy Nicholson, director del Departamento de Medicina Biomolecular del Imperial College de London, comenzó con la especialización en metabolómica, estudiando las bacterias intestinales y su influencia en el metabolismo de los alimentos ya que segun el, casi todas las enfermedades tienen conexión con ellas.
La metabolómica esta adquiriendo importancia en áreas que van desde la farmacología, monitoreo de trasplantes y química clínica con aplicaciones concretas en toxicología, genómica y nutrigenómica. Científicos de la Universidad de Alberta y la Universidad de Calgary en Canadá ya cuentan con el primer “borrador” del metaboloma humano; han catalogado alrededor de 2.500 metabolitos, 1.200 drogas y 3.500 componentes alimenticios que se encuentran en el organismo.
Gracias al metaboloma se podrá en el futuro, realizar terapias personalizadas con drogas específicas para el perfil metabólico de cada paciente, y por supuesto conocer mas a fondo la intricada química de las enfermedades.
La vida de cada ser viviente depende de gran cantidad de procesos biológicos que acontecen sin que puedan ser totalmente advertidos. Son estos procesos e interacciones químicas, los que hoy abren una impresionante y nueva gama de posibilidades para beneficio de la salud. En un futuro cercano, una serie de tests a partir de una muestra de sangre u orina, establecerán un perfil único y estrictamente individual para tratar enfermedades y afecciones de una manera absolutamente personal. Aquí es donde arriba una disciplina de futuro: la metabolómica. ¿De que se trata? ¿Cuales son sus alcances y aspectos innovadores?
El bioquímico doctor Jeremy Nicholson, director del Departamento de Medicina Biomolecular del Imperial College de London, ya en 1981 usaba una técnica llamada espectroscopia por resonancia magnética nuclear (ERM) para identificar los químicos basándose en las propiedades magnéticas del núcleo atómico. Su interés -en particular- era estudiar como los globulos rojos absorbían el cadmio, un metal que causa cáncer. Advirtió que los resultados serian mas precisos si podía imitar el ambiente natural de la célula, entonces agrego unas gotas de sangre e hizo el test. De repente, aparecieron un monton de señales que antes no habia. Es que una muestra de sangre u orina contiene miles de metabolitos: signos o “firmas” de las reacciones químicas que ocurren en el cuerpo en un determinado momento. A partir de allí surgió en el ámbito de la biología molecular y la biotecnología, una nueva y prometedora disciplina para las ciencias de la salud con punto de partida en los metabolitos.
Metabolito es todo aquel producto del metabolismo restringido a pequeñas moléculas. Los metabolitos primarios son los involucrados en el crecimiento normal, desarrollo y reproducción y los metabolitos secundarios son aquellos con funciones ecológicas importantes y que no tienen que ver con las funciones anteriores. Ejemplos de estos son los antibioticos y los pigmentos. Englobando a los metabolitos esta el metaboloma; es decir el set completo de pequeñas moleculas-metabolitos (tales como intermediarios metabolicos, hormonas, etc.) que se encuentran en una muestra biologica.
El metaboloma es la gran red de reacciones metabólicas donde los outputs de una reacción química enzimática, son los inputs de otra reacción química. Esta palabra surge en analogía a la transcriptómica (mensajeros ARN o “transcripts”) y la proteómica (genómica a nivel de proteínas) y como ellos, es dinámico y cambia segundo a segundo. Representa la colección de todos los metabolitos en un organismo biológico, que son los productos finales de la expresión de los genes.
A partir de estos hallazgos surge la metabolómica; esto es el estudio sistemático de las huellas químicas únicas que producen los procesos celulares específicos, umbral en el que su ubico el doctor Nicholson hace mas de 20 años. Si se podía hallar la manera de identificar esas huellas químicas y su significado, entonces se podrían entender las bases moleculares de las enfermedades, sus reacciones químicas erróneas y también identificar señales de advertencia para futuras intervenciones. Estas fueron las bases de la metabolomica.
Mientras que el genoma provee información detallada sobre la base genética de la persona, la metabolomica esta por debajo solo un par de líneas porque revela como los genes actúan con el medio ambiente, proveyendo un panorama del estado de salud de la persona. Según el doctor Nicholson, el genoma es como una guía telefónica con los números pero sin los nombres de las personas a quienes pertenecen, entonces el metaboloma brinda esta valiosa información y la pone en perspectiva. Pero primero tiene que ser descifrado y no es tarea sencilla ya que esto requiere de analisis de sangre, orina y hasta materia fecal de grandes poblaciones. Por ejemplo, para encontrar signos de biomarcadores para presión alta, el doctor Nicholson y colegas analizaron 4.630 individuos entre británicos, norteamericanos y asiáticos y compararon los metabolitos de la orina con la información de la presión sanguínea para determinar si había diferencias metabólicas consistentes entre individuos con hipertensión y aquellos sin ella. Según el doctor Nicholson, es como trabajar con un método científico pero al revés, en vez de hacer hipótesis y luego investigaciones para probarlas; se hacen investigaciones y luego se descifran sus resultados.
Es con esta idea que se ha adentrado en la metabolómica investigando, a través de los químicos producidos por los genes, las bacterias intestinales y como influyen en el metabolismo de los alimentos. Esto podría explicar como los mismos afectan a las personas de manera diferente, por ejemplo ciertas personas no pueden metabolizar algunos componentes de la soja porque no tienen los microbios intestinales para procesarlos. Aunque descifrar que metabolitos provienen de estas bacterias no es fácil, en algunos casos es sencillo porque son los químicos que no son producidos por las células o ingeridos con los alimentos. Si bien se sabe muy poco sobre ellos, parecen ser muy relevantes ya que estos componentes ayudan a absorber nutrientes y combatir virus y bacterias. Segun Nicholson, casi todas las enfermedades tienen una cierta conexion con las bacterias intestinales. Quizás la mas conocida sea la bacteria Helicobacter pylori, que puede provocar ulcera péptica. Hace algunos años, los científicos habían relacionado la obesidad con dos bacterias intestinales dominantes y hallaron que una disfuncion en ellas se asocio a afecciones del hígado y a algunos tipos de cáncer. Estos organismos podrían incluso tener un rol importante en desordenes neurológicos como el desorden de hiperactividad y déficit de atención (ADHD), el síndrome Tourette y el autismo. “Tenemos evidencia de que si algo anda mal con la bacteria intestinal, algo andara mal con la quimica del cerebro tambien, asevera Nicholson. Actualmente estan trabajando junto a microbiologos para identificar metabolitos de bacterias especificas. Se sabe que hay cerca de 1.000 especies y mas de 10 trillones de celulas bacteriales en el organismo. Este proceso de identificación recién comienza a ser posible, si bien se puede extraer estas bacterias de materia fecal, no se pueden cultivar porque ellas sobreviven en ambientes super ácidos y sin oxígeno. Pero gracias a las técnicas de secuenciación de ADN, esta identificación se esta volviendo mas simple. Los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos (NIH) lanzaron en diciembre del año pasado el Proyecto para el Microbioma Humano con el objetivo de poder caracterizar completamente la flora intestinal.
La importancia de la metabolomica radica entonces en que los químicos producidos por el metabolismo brindan información vital sobre la fisiología de la célula. Esta ciencia ya tiene relevancia en diversas ramas de la salud, incluyendo la farmacología, pruebas pre clínicas de drogas, toxicología, monitoreo de trasplantes, quimica clinica, entre otras.
Por otra parte, podria tener aplicaciones concretas en toxicologia, genómica y nutrigenómica. En la primera, los perfiles metabolicos de muestras de orina o plasma pueden usarse para detectar cambios fisiológicos relacionados a síndromes especificas, por ejemplo a lesiones de riñon o higado. Para las compañias farmaceuticas esto es de especial relevancia si se lograra comprobar la toxicidad de un componente antes de que llegue a la fase de ensayo clinico.
Para la genómica funcional, la metabolomica puede ser una excelente herramienta para determinar el fenotipo causado por manipulación genética, tal como la inserción o borrado de un gen. Mas interesante aun es la posibilidad de predecir la función de genes desconocidos mediante la comparación de las perturbaciones metabólicas causadas por la falta o modificación de un gen. En el campo de la nutrigenomica, el metaboloma en un fluido corporal es influenciado por factores endógenos tales como edad, sexo, patologías y genetica. Aquí la metabolomica podría determinar las huellas metabólicas que reflejan el balance de todos estos factores influyentes en el metabolismo, para lograr un conocimiento mucho mas profundo de las interacciones entre genes y nutrientes. Y finalmente, el gran desafío para la comunidad científica seria integrar la proteómica, la transcriptómica y la metabolomica para obtener una imagen mucho mas acabada de los organismos vivos.
Este desafío comenzó a materializarse en parte en enero de 2007, cuando científicos de la Universidad de Alberta y la Universidad de Calgary en Canadá terminaron el primer “borrador” del metaboloma humano. Ya han catalogado y caracterizado cerca de 2.500 metabolitos, 1.200 drogas y 3.500 componentes alimenticios que se encuentran en el cuerpo humano. En el mismo país existe el proyecto Human Metabolome iniciado en el 2005, cuyo objetivo es ahondar la investigación en metabolomica para mejorar la identificación de las enfermedades, prognosis y tratamientos, profundizar el metabolismo de drogas y toxicologia, proveer un vinculo entre el metaboloma humano y el genoma humano y desarrollar software especifico para la metabolomica. El proyecto pretende identificar, catalogar y almacenar todos los metabolitos que pueden encontrarse potencialmente en los tejidos humanos y biofluídos. Esta información estaría disponible en formato electrónico para los investigadores en el futuro y ya a fines de 2006, mas de 800 componentes habían sido identificados.
Como los genes proveen solo información limitada sobre los riesgos de sufrir una enfermedad, ya se avizora un futuro en el que los médicos puedan ofrecer un tratamiento personalizado basado en el metaboloma. Una muestra de sangre u orina, podría detectar el riesgo de cáncer o enfermedad cardíaca con la suficiente antelación como para comenzar una terapia preventiva, las drogas podrían ser concebidas de acuerdo al perfil metabólico de cada paciente, y en muchos casos no solo tener como objetivo los órganos sino solo las bacterias del organismo.
Según la opinión del doctor Nicholson, la metabolomica abre una visión de futuro no sospechada hace unos años, en la que por ejemplo elegir aquellos alimentos y medicamentos mas apropiados para el genotipo y fenotipo especifico de cada ser humano, serán la clave para mejorar el estado de salud y bienestar y prevenir de una manera eficaz las enfermedades, gracias a la química del futuro.
Referencias:
§ http://www.metabolomics.ca/ Scientific American Magazine. July 2008. Volume 299. Number 1.
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