TECHNIKI I METODY
Metabolomika jako potencjalna
metoda diagnostyczna w medycynie
Adam ZÄ…bek, Piotr MÅ‚ynarz*
Wprowadzenie stanu równowagi może wią- leczeniu i poznaniu przyczyn ważne funkcje w organizmie.
Utrzymywanie wewnętrznej zać się z zapoczątkowaniem różnych chorób będą bada- Na tej podstawie rozwinęła
równowagi układu biologicz- procesu chorobotwórczego. nia nad rozszyfrowaniem ge- się kolejna z technik  omicz-
nego jest jednym z kluczowych Z tego względu umiejętność nomu człowieka (genomika) nych , metabolomika, będąca
zadań organizmu związanych mierzenia tych zmian może [4]. Wraz z postępem wiedzy uzupełnieniem badań nad
z jego reakcjÄ… na bodz
ce ze- istotnie przyczynić się do okazało się jednak, że sama genomem i proteomem [5].
wnętrzne bądz
wewnętrzne. wcześniejszego wykrywania informacja genetyczna oraz Dopiero takie całościowe, sko-
Równowaga zachowań układu choroby, zanim będą widocz- badania komponentu biał- relowane ze sobą, spojrzenie
biologicznego, mieszcząca się ne i odczuwalne jej objawy kowego  proteomu (pro- na układ biologiczny jakim
w pewnych zakresach toleran- [2]. Niestety w wielu przy- teomika), powstającego na jest człowiek może prowadzić
cji określana jest mianem ho- padkach interwencja lekarska jej bazie nie wystarczają do do poznania mechanizmów
meostazy dynamicznej, a więc pojawia się zbyt póz
no, kiedy identyfikacji zmian zacho- jego działania i wyjaśnienia
zmieniającej się w czasie [1]. choroba jest już zaawansowa- dzących w komórce. Istnieje przyczyn wielu chorób.
Zrozumienie istoty homeosta- na, przez co w konsekwencji bowiem jeszcze jedna, bar-
zy może być bardzo ważne dla leczenie pacjenta jest utrud- dzo istotna sfera komórki, Metabolomika
głębszego poznania procesów nione i wielokrotnie mało sku- obejmująca zbiór drobnoczą- Metabolomika to dziedzina
samoorganizacji komórki i ca- teczne (rys. 1.). steczkowych związków  me- nauki, zaliczana do biologii
łego układu biologicznego ja- Jeszcze nie tak dawno sądzo- tabolitów o różnych właści- systemowej, obejmująca bar-
kim jest człowiek. Bardzo czę- no, że pomocne w prowadze- wościach fizykochemicznych dzo szeroki, interdyscyplinar-
sto wytrącenie organizmu ze niu skutecznej diagnostyki, i biochemicznych, pełniących ny zakres wiedzy, skupiający
się na próbie wyjaśnienia
zmian zachodzÄ…cych w profilu
metabolicznym. Na profil ten
składają się różnorodne, nisko-
czÄ…steczkowe zwiÄ…zki (w za-
Przyjęcie do szpitala
leżności od z
ródła >1000 lub
Rozpoznanie i decyzja
o leczeniu 1500 Da) takie jak lipidy, kwa-
sy organiczne, węglowodany,
Wizyta i konsultacja
lekarska
aminokwasy, nukleotydy czy
też sterydy. W ogólnodostęp-
Objawy kliniczne
nej bazie danych metabolitów
człowieka HMDB (Human Me-
Zmiana parametrów
laboratoryjnych Poziom rozpoznania choroby
tabolomics Database) zebrano
informacje o ok. 8000 takich
zwiÄ…zkach [6].
Idea badania metabolitów nie
Czas
jest nowa, często bowiem wy-
Uwarunkowania Cechy metaboliczne
korzystuje siÄ™ jÄ… w diagnosty-
genetyczne i ukryte zmiany
i środowiskowe narządowe
ce medycznej. Dotychczaso-
we jednak podejście wiąże się
Rys. 1. Wykres zależności nasilenia objawów choroby od szybkości diagnozy [3] z rozpoznawaniem choroby
rok 17, nr 2
20
Nasilenie objawów
TECHNIKI I METODY
na podstawie jednego bÄ…dz
W ogólnym ujęciu spektro- mas preparatywnymi tech- protokołów dla pomiarów
kilku metabolitów będących skopia magnetycznego re- nikami rozdziału, takimi jak NMR, LC-MS, GC-MS czy in-
charakterystycznymi markera- zonansu jądrowego NMR chromatografia gazowa (gas nych. Standaryzacja, a więc
mi. Okazuje się natomiast, że umożliwia, za pomocą fal chromatography, GC) i cieczo- jednakowe przygotowywa-
w momencie wybicia układu elektromagnetycznych, de- wa (liquid chromatography, nie prób (dla metody NMR),
1 13
(komórki, tkanki, narządu, or- tekcję jąder atomów H, C, LC, High Performance Liquid tzn. identyczne pH, stężenie
15 31
ganizmu) z homeostazy dyna- N, P i innych, w mole- Chromatography, HPLC i Ultra buforu, wzorca (np. TSP) [13],
micznej widoczne są zmiany kułach znajdujących się w Performance Liquid Chroma- objętość czy waga badanego
ilościowe i jakościowe w ogól- badanym roztworze np. pły- tography, UPLC) [10]. Tech- materiału, temperatura jest
nym zbiorze metabolitów nach ustrojowych [8]. Każdy nika GC-MS charakteryzuje niezwykle istotne w dalszej
płynów ustrojowych. Zada- z wygenerowanych sygna- się bardzo dobrą zdolnością analizie statystycznej. Pozwa-
niem metabolomiki jest więc łów, posiada takie parametry rozdzielczą i powtarzalnością, la ona na eliminację błędów
między innymi poszukiwanie jak przesunięcie chemiczne jednakże wymaga dodatko- wynikających z różnej pre-
tych dyskretnych zmian w ca- (ppm, parts per milion), mul- wego etapu derywatyzacji paracji próbek, a tym samym
łościowym profilu metabolicz- tipletowość, stałą sprzężenia, cząsteczek, w celu zwiększa- skupić się na analizie i inter-
nym, która w konsekwencji integrację, które zawie- nia ich lotności [10]. W przeci- pretacji różnic pomiędzy gru-
może prowadzić do określania rają informacje o strukturze, wieństwie do metody GC-MS pami, wynikającymi z istnieją-
biomarkerów chorobowych, konformacji oraz dynamice w chromatografii cieczowej cego stanu rzeczy.
pojawiających się zaraz na poszczególnych związków LC-MS analizowane próbki
poczÄ…tku stanu chorobowe- chemicznych. Identyfikacja rzadko podaje siÄ™ derywaty- Analiza chemometryczna
go. Takie postępowanie może poszczególnych metabolitów zacji. [11-12]. danych
znacznie pomóc w diagnozie, może odbywać się w dwojaki Interpretacja widm maso- Identyfikacja specyficznych
wyborze efektywnej terapii sposób. Pierwszy z nich po- wych, zawierających sygnały związków chemicznych, bio-
oraz monitorowaniu przebie- lega na wykorzystaniu widm przypisane do wartości sto- markerów, będąca jednym
gu choroby i leczenia [7]. jednowymiarowych 1D NMR sunku mas do ładunku (m/z) z głównych celów badań me-
W badaniach metabolomicz- i porównywaniu wartości zjonizowanych cząsteczek tabolicznych wymaga nie tyl-
nych wykorzystuje się głów- przesunięcia chemiczne- oraz ich fragmentów opiera ko niezwykłej staranności i po-
nie płyny ustrojowe człowieka go oraz innych parametrów się na analizie wartości tych wtarzalności w przygotowaniu
lub ekstrakty uzyskane z ko- widma poszukiwanego me- stosunków oraz czasu reten- próbek oraz wydajnych i czu-
mórek bądz
tkanek [7]. Płyny tabolitu z danymi (widmami) cji poszczególnych substan- łych technik analitycznych, ale
ustrojowe takie jak surowica z bazy danych, zawierającą cji [1]. Ponieważ identyfikacja także zaawansowanych narzę-
krwi, osocze, ślina, mocz są widma niskocząsteczkowych poszczególnych metabolitów dzi chemometrycznych i staty-
szczególnie łatwo dostępne, związków [8]. Drugi sposób często jest utrudniona, sto- stycznych (rys. 2.) [14].
co sprawia, że metabolomika analizy jakościowej polega na suje się dwie strategie. Jedna Podstawową metodą stoso-
jako metoda diagnostyczna określaniu struktur poszcze- z nich polega na porówny- waną w chemometrii, będącą
jest mało inwazyjna. Jednakże gólnych metabolitów na pod- waniu otrzymanego widma punktem wyjścia do dalszych
badania na ekstraktach ko- stawie analizy widm dwuwy- masowego z dostępnymi bi- analiz jest analiza głównych
mórkowo-tkankowych czy też miarowych 2D [8]. bliotekami widm oraz bazami składowych PCA (Principal
innych trudniej dostępnych Bardzo czułą (pozwala ozna- danych. Druga zaś polega na Component Analysis) [15].
płynach jak np. płyn mózgo- czać stężenia związków che- porównaniu widm związków Jest to klasyczny przykład
wo-rdzeniowy jest również micznych na poziomie nano- wzorcowych z widmem uzy- metody nienadzorowanej,
bardzo istotne w poszukiwa- molowym), a jednocześnie skanym podczas analizy [1]. służącej do projekcji, wizu-
niu specyficznych biomarke- wydajną metodą stosowaną Zarówno pomiary spektrosko- alizacji, wyznaczania trendu,
rów chorobowych [7]. w jakościowym i ilościowym powe, jak i spektrometryczne a także identyfikacji wartości
Analizę profilu metabolicznego oznaczaniu metabolitów jest umożliwiają analizę metabo- odstających we wszystkich
przeprowadza się najczęściej za spektrometria mas, MS [9]. lomu nie tylko pod wzglę- obserwacjach lub próbach
pomocą spektroskopii magne- Bardzo duży wpływ na zdol- dem jakościowym, ale także [16]. Ponieważ badania me-
tycznego rezonansu jądro- ność analizy niskocząsteczko- ilościowym. W obu tych kwe- tabolomiczne obejmują ba-
wego (nuclear magnetic reso- wych związków w złożonych stiach ważna jest tzw. stan- danie zbioru osób zdrowych
nance, NMR) oraz spektrometrii próbach biologicznych ma daryzacja pomiarów, a więc (kontrola) oraz chorych, po-
mas (mass spectrometry, MS). wspomaganie spektrometrii opracowanie odpowiednich zwala to na wyznaczenie
rok 17, nr 2
21
TECHNIKI I METODY
bolitów w surowicy krwi oraz
dwadzieścia jeden w moczu,
t1
a analiza chemometryczna
pokazała wyraz
nie rozdzielo-
Grupa kontrolna
ne trzy badane grupy. Wśród
t2
wszystkich metabolitów na
uwagę zasługuje podwyższo-
ne stężenie cystyny (zarów-
Pobór materiału
i przeprowadzenie
no w moczu jak i w surowicy
doświadczenia
krwi) a obniżone fumaranu
i malonianu (surowica krwi)
Analiza
PCA
chemometryczna
oraz hipurynian (mocz) w obu
Grupa badana grupach chorych w porówna-
Pobór materiału
niu z kontrolą. Podwyższone
i przeprowadzenie
stężenie w surowicy u osób
doświadczenia
p1
z kostniakomięsakiem zauwa-
żono dla kwasu 2-hydroksy-
x1
xi
masłowego (produkt uboczny
p2
konwersji metioniny do glu-
tationu) oraz GABA zaÅ› obni-
x2
żone dla pirogronianu oraz
mleczanu względem kontroli
[20]. Badania te pokazują, że
Rys. 2. Poszczególne etapy badań metabolomicznych
metabolomika z powodze-
niem może być zastosowana
jako nieinwazyjna metoda
relacji pomiędzy grupami, Zastosowanie metod me- Bardzo istotnym problemem diagnostyczna oraz monitoru-
a także elementów, a więc tabolomicznych w diagno- wśród dzieci oraz młodych jąca przebieg choroby nowo-
potencjalnych biomarkerów, styce stanów chorobowych ludzi jest kostniakomięsak, tworowej.
różnicujących obie grupy z przykładami nowotwór złośliwy kości, dla- Główną przyczyną śmierci
[15]. Dla opracowywania od- W obecnym czasie zastosowa- tego umiejętne wykrywanie wśród kobiet na całym świecie
powiednich modeli, prze- nie metod metabolomicznych wczesnych zmian oraz zro- jest nowotwór piersi. Pomimo
widywania niejednokrotnie w diagnostyce wszelkiego ro- zumienie zmian biochemicz- prowadzonych programów
subtelnych różnic oraz poszu- dzaju chorób znajduje duże nych zachodzących podczas antynowotworowych, zwięk-
kiwania istotnych statystycz- zainteresowanie wśród bada- nowotorzenia może zreduko- szających świadomość kobiet
nie biomarkerów często służą czy, co przekłada się na tysią- wać śmiertelność i przyczynić o konieczności przechodzenia
dwie inne metody, metoda ce opublikowanych prac ory- się do skrócenia terapii anty- badań przesiewowych liczba
częściowych najmniejszych ginalnych i przeglądowych. nowotworowej [20]. przypadków śmiertelnych jest
kwadratów PLS (Partial least- Poniżej zostaną przedstawio- Analizę profilu metabolitów wciąż bardzo duża [21]. Okre-
-squares) oraz ortogonalna ne wybrane przykłady użycia moczu oraz surowicy krwi sowe badania mammogra-
metoda częściowych naj- metabolomiki w diagnostyce trzech grup badanych (pacjen- ficzne, badania palpilacyjne
mniejszych kwadratów OPLS jedynie kilku stanów patolo- ci z łagodną zmianą nowotwo- czy też testy krwi są niejed-
(Orthogonal-PLS) [17-18]. Są gicznych. rową, złośliwą oraz kontrola) nokrotnie niewystarczające,
to przykłady metod nadzoro- przeprowadzono wykorzystu- dają bowiem często fałszy-
wanych, oparte na klasyfikacji Diagnostyka chorób nowo- jąc metodę GC-MS. Zarówno wie pozytywne wyniki i nie są
poszczególnych obserwacji tworowych mocz jak i surowicę krwi przed w stanie wykryć dyskretnych
na podstawie dodatkowego Rozwój i progresja wielu ty- pomiarami poddano proceso- zmian nowotworowych bądz

parametru, jakim może być pów nowotworów musi znaj- wi derywatyzacji [20]. też nawrotów, po wcześniej-
stan pacjenta (zdrowy, cho- dować swoje odzwierciedle- W wyniku przeprowadzo- szej interwencji chirurgicznej.
ry), rodzaj choroby, wiek czy nie w profilu metabolicznym nych badań zidentyfikowano Poszukiwanie więc marke-
płeć etc. [16-18]. płynów ustrojowych [19]. dwadzieścia dziewięć meta- rów metabolomicznych dla
rok 17, nr 2
22
TECHNIKI I METODY
procesów nowotworzenia, Okazuje się, że pomimo wy- przyczyniło się do poprawie- grup chorych w porównaniu
stało się celem dla niektórych sokiej specyficzności konwen- nia stanu wiedzy na temat z kontrolą [29].
grup badawczych [21]. cjonalnych metod opartych diagnostyki tego typu scho- Chociaż badania Greenberga
Asiago wraz ze współpracow- na przeciwciałach nie są one rzeń [26]. nie pokazały bezpośredniego
nikami przeprowadzili pomia- stosunkowo czułe. Wyniki uzy- Bardzo trudną do diagnozy we połączenia pomiędzy rozwo-
ry metabolomiczne surowicy skane z badań metabolomicz- wczesnym stadium, a jedno- jem chorób AD/MCI a pozio-
krwi kobiet chorujących na nych wykazują znacznie wyż- cześnie bardzo powszechną mem metabolitów lipido-
raka piersi, wykorzystując me- szą nie tylko specyficzność, ale formą demencji jest choroba wych, to jednak potwierdzają
todę NMR oraz GCxGC-MS. Na także bardzo wysoką czułość Alzheimera (Alzheimer dise- duża rolę związków lipido-
uzyskanych w wyniku badań metody. Spośród metaboli- ase) [27]. W ostatnich latach wych, homeostazy choleste-
widmach oznaczono metabo- tów (cholina, kwas mlekowy, zauważono również wzrost rolu i metabolizmu b-amylo-
lity korzystając z dostępnych glukoza, kwas cytrynowy), zainteresowania innym obra- idu w chorobie AD [29].
baz danych (dwadzieścia dwa na których skupiono główną zem klinicznym, nazywanym Niezwykle śmiertelną cho-
metabolity NMR oraz osiem- uwagÄ™ w ocenie statystycznej, Å‚agodnÄ… utratÄ… poznania MCI robÄ… neurodegeneracyjnÄ…,
naście GCxGC-MS). Osta- stwierdzono, że poziom kwa- (mild cognitive impairment), o skomplikowanej patogene-
tecznie spośród wszystkich su cytrynowego u chorych jest uznawaną za wczesną formę zie, stawiającej wyzwanie dla
zidentyfikowanych związków znacznie wyższy niż w grupie choroby Alzheimera [28]. Nie- wielu badaczy jest stward-
wyselekcjonowano 11 meta- kontrolnej. Logicznym wy- stety obecnie nie ma metody, nienie zanikowe boczne ALS
bolitów (siedem  NMR oraz tłumaczeniem takiego stanu która mogłaby rozróżnić oba (amyotrophic lateral sclero-
cztery  GCxGC-MS) istotnych rzeczy wydaje się być fakt, schorzenia, a jednocześnie sis) [30]. Choroba ta należy
statystycznie [22]. Na podsta- że kwas cytrynowy poprzez stwierdzić, czy pacjenci cho- do grupy chorób określanych
wie tych danych stworzono acetyloCoA jest prekursorem rzy na MCI mogą w przyszło- jako chorobę neuronu rucho-
model, który następnie został cholesterolu, który z kolei jest ści zachorować na chorobę wego MND (motor neuron di-
poddany kontroli. W tym celu metabolizowany do kwasów Alzheimera. Identyfikacja bio- seases) [30]. Metabolomiczną
grupę pacjentów po interwen- żółciowych [24]. markerów dla choroby Alzhe- analizę surowicy krwi za po-
cji chirurgicznej monitorowa- Powyższe przykłady pokazują, imera oraz przedklinicznego mocą metody NMR u chorych
no stosując konwencjonalną że nowatorska metoda jaką syndromu MCI, a także moni- na ALS przeprowadził Kumar.
metodę immunologiczną oraz jest metabolomika bardzo torowanie progresji choroby W swoich badaniach oprócz
badania metabolomiczne skutecznie może przyczynić jest bardzo istotna [28]. grupy kontrolnej (zdrowej)
wraz ze stworzonym mode- się do wczesnego diagnozo- Greenberg wraz ze współpra- użył kontroli dla chorych na
lem [22]. Okazało się, że zna- wania nowotworów oraz mo- cownikami w swoich bada- ALS, którą stanowiły osoby
cząco szybciej (13 miesięcy nitorowania nawrotu choroby niach w poszukiwaniu bio- chore na chorobę Hirayama
wcześniej u około 55% pacjen- i postępów leczenia. W obec- markerów różnicujących obie (kontrolna choroba neurolo-
tów) proces nawrotu choroby nym czasie badania metabo- choroby wykorzystał metodę giczna) [31].
wykryto korzystajÄ…c z pomiaru lomiczne prowadzone na po- UPLC-MS, analizujÄ…c profil me- W wyniku przeprowadzonych
profilu metabolicznego. Bada- ziomie akademickim nie tylko taboliczny surowicy krwi [29]. badań pokazano, że glutami-
nia te pokazują, jaki potencjał pozwalają na rozróżnianie Analiza otrzymanych danych nian, kwas b-hydroksyma-
diagnostyczny i predykcyjny osób zdrowych od chorych na za pomocą PLS-DA pokazała słowy (BHBT), octan, aceton,
może mieć pomiar profilu me- raka, ale również umożliwiają wyraz
ne rozdzielenie wszyst- kwas mrówkowy mają znacz-
tabolicznego krwi osób cho- określenie ich fenotypów [25] kich grup (kontrola  zdrowi, nie podwyższone stężenie
rych, a wykrycie nowotworu chorzy na AD i MCI). Na rozdział u osób chorych na ALS, z kolei
we wczesnej fazie rozwoju Profil metaboliczny cho- ten miał wpływ poziom trzech poziom glutaminy oraz histy-
może skutecznie poprawić le- rób neurodegeneracyjnych soli kwasów żółciowych, ziden- dyny był znacznie obniżony.
czenie pacjentów [22]. i psychicznych tyfikowanych jako GCD, GDCA Stężenia alaniny, lizyny piro-
Kolejnym przykładem wy- Badanie metabolomiczne oraz GCDCA. Niestety jak się gronianu, cytrynianu, gluko-
korzystania narzędzi meta- wielu różnych neuroaktyw- okazało, podwyższony poziom zy, kreatyniny, kreatyninyny,
bolomicznych w diagnozie nych związków dostarczyło tych metabolitów występuje oraz tyrozyny pozostawały
chorób nowotworowych są wielu nieocenionych infor- zarówno w chorobie Alzhe- bez zmian [31]. U osób cho-
badania przeprowadzone na macji o etiologii licznych cho- imera oraz MCI. Podobnie ob- rych na chorobÄ™ Hirayama
pacjentach chorych na raka rób neurodegeneracyjnych serwacja wykresu PLS-DA po- podwyższone stężenia istot-
przewodu żółciowego [23, 24]. i psychicznych, a tym samym kazuje bliskie sąsiedztwo obu nie statystyczne zanotowano
rok 17, nr 2
23
TECHNIKI I METODY
dla glutaminianu, pirogronia- la) wykorzystał metodę NMR. jaką spełniają w organizmie. nicowanie grup badanych
nu oraz kwasu mrówkowego, Analiza danych spektrosko- Praktycznie wszystkie tok- od kontroli miały wpływ inne
zaś BHBT, octan, aceton, ala- powych za pomocą PLS-DA syny oraz zbędne przemia- metabolity, poliaminy, fosfo-
nina, lizyna, cytrynian, gluko- pokazała wyraz
ną różni- ny metabolizmu zawarte ran, 3-hydroksymaślan, 3-hy-
zy, kreatyniny, kreatyninyny, cę między trzema grupami, we krwi są usuwane wraz droksyfenylooctan, monoeta-
oraz tyrozyny pozostawały a identyfikacja metabolitów z moczem przez te właśnie nolamina i hipurynian [36].
bez zmian [31]. Powyższe wskazała, że glukoza, octan, organy. Monitorowanie więc Obserwacje dotyczące badań
badania pokazują, że użycie mleczan i glutamina są odpo- oraz wczesna diagnoza ne- metabolicznych pobranych
metody NMR do wykrywania wiedzialne za rozdział grup. frotoksyczności mogłaby tkanek nerkowych pokazują
zmian zachodzących w profi- Wyniki pokazują znaczne pod- przyczynić się do zmniejsze- natomiast obniżenie stężenia
lu metabolicznym może być wyższenie stężenia glukozy nia przypadków uszkodzenia nukleozydów, będących pre-
bardzo pomocne w póz
niej- w płynie mózgowo rdzenio- nerek w wyniku np. terapii kursorami do syntezy nukle-
szym zastosowaniu diagno- wym osób chorych nieleczo- lekowych [35]. otydów [36].
stycznym. Pomimo identyfi- nych w porównaniu z grupą Badanie wpływu różnych Powyższe badania wykazały
kacji istotnie statystycznych kontrolną. Dodatkowo dla leków na nefrotoksyczność że metabolomika może być
metabolitów, wyjaśnienie potwierdzenia tego faktu wy- w swoich badaniach prze- również użyteczną metodą
etiologii stwardnienia zani- konano test na obecność glu- prowadził Boudonck wraz w diagnozowaniu i monitoro-
kowego bocznego wymaga kozy w PMR u osób chorych z współpracownikami. Do waniu nefrotoksyczności. Być
jeszcze wielu badań [31]. nieleczonych, które potwier- tego celu wykorzystał grupę może w przyszłości pozwoli
Wśród zastosowań badań dziły wynik analizy metabolo- zwierząt, szczurów, które le- na szybszą i skuteczną dia-
metabolomicznych w me- micznej. Co ciekawe, badania czone były cisplatyną, gen- gnozę degeneracji nerek oraz
dycynie należy wspomnieć na obecność glukozy we krwi tamycyną oraz tobramycyną innych narządów pod wpły-
o chorobach psychicznych. nie pokazały żadnych różnic. oraz grupę kontrolną. Próby wem różnego rodzaju sub-
Bardzo często etiologia i pa- Zakłócony metabolizm gluko- moczu oraz tkanek nerek stancji, jak również przyczyni
tofizjologia tego typu scho- zy może wiązać się oczywiście zbierane były w ciągu kolej- się do projektowania nowych,
rzeń nie jest do końca znana, ze zmianą nastroju oraz stana- nych dni, a następnie anali- równie skutecznych, ale mniej
albo wielokrotnie jeszcze nie- mi psychotycznymi, jednakże zowane przy pomocy LC-MS toksycznych leków.
poznana [32]. Nadal główną podwyższone stężenie glu- oraz GC-MS [36].
metodÄ… diagnostycznÄ… cho- kozy wraz z innymi zmiana- Analiza statystyczna otrzyma- Podsumowanie
rób umysłowych jest wywiad mi w profilu metabolicznym nych danych (zidentyfikowa- Metabolomika jest niezwykle
kliniczny, rozmowa z biegłym (obniżone stężenie mleczanu nych metabolitów) pokazała użyteczną metodą, którą moż-
psychiatrą. Poszukiwanie bio- i octanu) mogą stanowić spe- znaczący wzrost stężeń ami- na z powodzeniem stosować
markerów na różnego typu cyficzne narzędzia w diagno- nokwasów w próbach moczu w poszukiwaniu biomarkerów
choroby jest więc istotne styce schizofrenii [34]. po 28 dniach od rozpoczęcia różnych stanów patologicz-
z punktu widzenia wczesnej Analiza porównawcza osób leczenia. W prawidłowo funk- nych, tj. różnego rodzajów
diagnostyki oraz monitoro- chorych leczonych z kontrolą cjonującej nerce wszystkie nowotworów, choroby neu-
wania postępów leczenia. pokazuje, że około 50% pa- aminokwasy ulegają resorp- rodegeneracyjne, stany psy-
Ponadto badania metaboli- cjentów w wyniku leczenia cji, natomiast nefrotoksycz- chiczne czy też w toksykolo-
zmu osób chorych umysłowo przesuwa się w kierunku kon- ność polekowa spowodowała gii. Umiejętne zrozumienie
być może pozwolić na bliższe troli. To pozwala sugerować, znaczące podwyższenie po- procesów metabolicznych
przyjrzenie się etiologii tych że zastosowane leczenie jest ziomu aminokwasów (ami- jakie zachodzą w ludzkim or-
chorób [33]. skuteczne, a metabolomika noaciduria). Oprócz wy- ganizmie jest bardzo ważne
Próbę znalezienia różnic jako metoda może być zasto- mienionych aminokwasów nie tylko dla zwiększenia sku-
w profilu metabolicznym sowana do monitorowania podwyższone stężenie wielu teczności leczenia, ale także
osób zdrowych i chorych na tego procesu [34]. cukrów, tj. glukozy, mannozy, dla rozpoznawania choroby
schizofrenię podjął Holmes fukozy, kwasu N-acetylneu- w jej zarodku, co z pewnością
ze współpracownikami [34]. Diagnostyka nefrotoksycz- raminowego oraz glukonia- tę skuteczność znacznie po-
W swoich badaniach na płynie ności nu zauważono u trzech grup prawi. Dodatkowo metoda ta
mózgowo rdzeniowym (PMR) Toksyczny wpływ leków na badanych zwierząt [36]. Poza może pozwolić na stosowanie
trzech grup (chorzy leczeni, nerki jest spowodowa- cukrami oraz aminokwasa- spersonifikowanego leczenia
chory nieleczeni oraz kontro- ny głownie przez funkcję mi znaczący wpływ na róż- pacjentów.
rok 17, nr 2
24
TECHNIKI I METODY
Literatura [5] Nordström A., Lewensohn man Metabolome Database, The Journal of biological che-
[1] Kraj A., Drabik A., Silberring R., Metabolomics: moving to Nucleic Acids Research, 2007, mistry, 2011, Vol. 286
J., Proteomika i metabolomika, the clinic, J. Neuroimmune Vol. 35 [10] Dettmer K., Aronov P. A.,
Wydawnictwo Uniwersyte- Pharmacol, 2010, 5:4 17 [7] Beckonert O., Keun H. C., Hammock B. D., Mass spectro-
tu Warszawskiego, 2010 [6] Wishart D. S., Tzur D., Knox Ebbels T. M. D., Bundy J., Hol- metry-based metabolomics,
[2] Greef J., Smilde A. K., Sym- C., Eisner R., Guo A. C., Young mes E., Lindon J. C., Nicholson Mass Spectrometry Reviews,
biosis of chemometrics and N., Cheng D., Jewell K., Arndt J. K., Metabolic profiling, me- 2007
metabolomics: past, present, D., Sawhney S., Fung C., Niko- tabolomic and metabonomic [11] Villas-BoĆas S. G., Mas S.,
and future, J. Chemometrics, lai L., Lewis M., Coutouly M. A., procedures for NMR spectro- A Úkesson M., Smedsgaard J.,
2005, 19: 376 386 Forsythe I., Tang P., Shrivasta- scopy of urine, plasma serum Nielsen J., Mass spectrometry
[3] Dembińska Kieć A., Na- va S., Jeroncic K., Stothard P., and tissue extracts, Nature in metabolome analysis, Mass
stalski J.W.,  Diagnostyka labo- Amegbey G., Block D., Hau D. Protocols, 2007, Vol. 2 spectrometry reviews, 2005,
ratoryjna z elementami bioche- D., Wagner J., Miniaci J., Cle- [8] Bothwell J. H. F., Griffin J. Vol. 24
mii klinicznej. Podręcznik dla ments M., Gebremedhin M., L., An introduction to biologi- [12] Becker S., Kortz L.,
studentów medycyny , Else- Guo N., Zhang Y., Duggan G. cal nuclear magnetic resonan- Helmschrodt C., Thiery J.,
vier Urban & Partner, Wrocław E., Macinnis G. D., Weljie A. M., ce spectroscopy, Biological Ceglarek U., LC MS-based
2009 Dowlatabadi R., Bamforth F., Reviews, 2010 metabolomics in the clinical
[4] Chorąży M., Wprowadze- Clive D., Greiner R., Li L., Marrie [9] Lei Z., Huhman D. V., Sum- laboratory, Journal of Chro-
nie do biologii systemów, NA- T., Sykes B. D., Vogel H. J., Qu- ner W. L., Mass spectrometry matography B, 883 884,
UKA, 2011, 59-84 erengesser L., HMDB: the Hu- strategies in metabolomics, 2012, 68 75
rok 17, nr 2
25
TECHNIKI I METODY
[13] Metz T.O., Metabolic Pro- tabonomic study of human [27] Barba I, Fernandez- bster M. J., Torrey E. F., Bahn
filing, Springer Science+Busi- osteosarcoma, Journal of -Montesinos R., Garcia-Do- S., Mitochondrial dysfunction
ness Media, LLC 2011 proteome research, 2010, 9, rado D., Pozo D., Alzheimer s in schizophrenia: evidence
[14] Trygg J., Holmes E., 4861-4868 disease beyond the geno- for compromised brain me-
Lundstedt T., Chemometrics [21] Nam H., Chung B. C., Kim mic era: nuclear magnetic tabolism and oxidative stress,
in Metabonomics, Journal of Y., Lee KY., Lee D, Combining resonance (NMR) spectro- Molecular Psychiatry, 2004,
proteome research, 2007, 6, tissue transcriptomics and scopy-based metabolomics, Vol. 9
469-479 urine metabolomics for breast Journal of cellular and mo- [33] Orea
i%0Å„ M., Tang J., Sep-
[15] Holmes E., Nicholls A. cancer biomarker identifica- lecular medicine, 2008, 12, pänen-Laakso T., Mattila I., Sa-
W., Lindon J. C., Connor S. tion, Bioinformatics, 2009, 25, 1477-1485 arni S. E., Saarni S. I., Lönnqvist
C., Connelly J. C., Haselden 3151-3157 [28] Holmes E., Tsang T. M., J., Sysi-Aho M., Hyötyläinen
J. N., Damment S. J., Spraul [22] Asiago V. M., Alvarado L. Tabrizi S. J., The application of T., Perälä J., Suvisaari J., Meta-
M., Neidig P., Nicholson J. Z., Shanaiah N., Gowda G. A. NMR-based metabonomics in bolome in schizophrenia and
K., Chemometric models for N., Owusutu-Sarfo K., Ballas neurological disorders, Neu- other psychotic disorders:
toxicity classification based R. A., Raftery D., Early detec- roRx, 2006, 3, 358-372 a general population-based
on NMR spectra of biofluids, tion of recurrent breast cancer [29] Greenberg N., Grassano study, Genome Medicine,
Chem. Res. Toxicol., 2000, 13, using metabolite profiling, A., Thambisetty M., Lovesto- 2011, Vol. 3
471-478 Cancer research, 2010, 70, ne S., Legido-Quigley C., A [34] Holmes E., Tsang Tsz. M.,
[16] Gramacki J., Gramacki 8309-8318 proposed metabolic strategy Huang J. T-J., Leweke F. M., Ko-
A., Wybrane metody reduk- [23] Issaq H. J., Fox S. D., for monitoring disease pro- ethe D., Gerth C. W., Nolden
cji wymiarowości danych Chan K. C., Veenstra T. D., gression in Alzheimer s dise- B. M., Gross S., Schreiber D.,
oraz ich wizualizacji, XIV Global proteomics and me- ase, Electrophoresis, 2009, 30, Nicholson J. K., Bahn S., Meta-
Konferencja PLOUG Szczyrk, tabolomics in cancer bio- 1235-1239 bolic profiling of CSF: eviden-
2008 marker discovery, Journal of [30] Rozen S., Cudkowicz M. ce that early intervention may
[17] Bylesjo M., Rantalainen Separation Science, 2011, 34, E., Bogdanov M., Matson W. R., impact on disease progres-
M., Cloarec O,, Nicholson J, 3484 3492 Kristal B. S., Beecher C., Harri- sion and outcome in schizo-
K, Holmes E., Trygg J., OPLS [24] Wen H., Soo Yoo S., son S., Vouros P., Flarakos J., phrenia, PLoS medicine, 2006,
discriminant analysis: combi- Kang J., Kim H. G., Park J-S., Vigneau-Callahan K., Matson Vol. 3
ning the strengths of PLS-DA Jeon S., Lee J. I., Kwon H., N., T. D., Newhall K. M., Beal M. F., [35] WeissR. H., Kim K., Me-
and SIMCA classification, Jo- Kang S., Lee D-H., Park S., A Brown R. H., Kaddurah-Daouk tabolomics in the study of
urnal of Chemometrics, 2007, new NMR-based metabolo- R., Metabolomic analysis and kidney disease, Nature re-
20, 341-351 mics approach for the dia- signatures in motor neuron views. Nephrology, 2012, 8,
[18] Trygg J., Svante W., Or- gnosis of biliary tract cancer, disease, Metabolomics, 2005, 22-33
thogonal projections to la- Journal of hepatology, 2010, Vol. 1 [36] Boudonck K. J., Mitchell
tent structures (O-PLS), Jour- 52, 228-233 [31] Kumar A., Bala L., Kalita M. W., Nemet L., Keresztes L.,
nal of Chemometrics, 2002, [25] Yi Ng D. J., Pasikanti K. K., J., Misra U. K., Singh R. L., Khe- Nyska A., Shinar D., Rosen-
16, 119-128 Yong Chan E. C., Trend analy- trapal C. L., Babu G. N.,, Meta- stock M., Discovery of meta-
[19] Kosliński P., Bujak R., Da- sis of metabonomics and sys- bolomic analysis of serum by bolomics biomarkers for early
ghir E., Markuszewski M. J., tematic review of metabono- (1) H NMR spectroscopy in detection of nephrotoxicity,
Metabolic profiling of pteridi- mics-derived cancer marker amyotrophic lateral sclerosis, Toxicologic Pathology, 2009,
nes for determination of po- metabolites, Metabolomics, Clinica Chimica Acta, 2010, 37, 280-292
tential biomarkers in cancer 2011, 7, 155-178 Vol. 411
disease, 2011, Electrophoresis, [26] Caudle W. M. Bammer [32] Prabakaran S., Swatton
32, 2044-2054 T. K., Lin Y., Pan S., Zhang J. E., Ryan M.M., Huffaker S. * Zakład Chemii Biorganicznej,
[20] Zhang Z., Qiu Y., Hua J., Using  omics to define J., Huang Jt-J., Griffin J. L., Politechnika Wrocławska
Y., Wang Y., Chen T., Zhao A., pathogenesis and biomar- Wayland M., Freeman T., Dud-
Chi Y., Pan L., Hu S., Li J., Yang kers of Parkinson s disease, bridge F., Lilley K. S., Karp N.
C., Li G., Sun W., Cai Z., Jia Expert Rev Neurother, 2011, A., Hester S., Tkachev D., Mim-
W., Serum and urinary me- 10, 925-942 mack M. L., Yolken R. H., We-
rok 17, nr 2
26