Метаболомические исследования в медицине

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В обзоре литературы затронуты вопросы применения метаболомических исследований в медицине. Основная идея метаболомики заключается в обнаружении специфических биомаркёров в биологическом образце для диагностики ряда заболеваний. В качестве биомаркёров рассматриваются летучие органические вещества - метаболиты, выделенные из различных биологических тканей и жидкостей (крови, мочи, мокроты, выдыхаемого воздуха). Отражены основные методы разделения и идентификации летучих органических веществ образца (газовая хроматография, масс-спектрометрия, спектроскопия ядерного магнитного резонанса), применяемые в метаболомике. Даны сравнительные характеристики масс-спектрометрии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса как основных методов детектирования летучих метаболитов. Описан метод твердофазной микроэкстракции, используемый в качестве предварительной подготовки образца. Представлены результаты лабораторных исследований по поиску биомаркёров рака, хронических инфекций, наследственных заболеваний. Показаны качественные характеристики метаболома биологического образца пациента с той или иной патологией. Кроме того, уделено внимание применению возможностей метаболомики в экспериментальной медицине. Описаны результаты исследования изменений летучего метаболома клеточной культуры in vitro в зависимости от добавок в питательные среды; летучих продуктов распада β-каротина как проканцерогенных веществ; летучих органических веществ, выделяемых при распаде позвоночных животных. Дополнительно описан метод полной двухмерной газовой хроматографии, испытанный с целью повышения чувствительности и специфичности метаболомических исследований. Представленный подход может помочь в решении вопросов ранней диагностики многих заболеваний.

Об авторах

Раиса Рустэмовна Фурина

Республиканская клиническая больница, г. Йошкар-Ола

Email: furina_raisa@mail.ru

Нина Николаевна Митракова

Республиканская клиническая больница, г. Йошкар-Ола

Виктор Леонидович Рыжков

Республиканская клиническая больница, г. Йошкар-Ола

Ильдар Кавилович Сафиуллин

Мари-Турекская центральная районная больница, Республика Марий Эл, пос. Мари-Турек

Список литературы

  1. Царёв Н.И., Царёв В.И., Катраков И.Б. Практическая газовая хроматография. - Барнаул: Изд-во Алт. унта, 2000. - 156 с.
  2. Arora A., Willhite C.A., Liebler D.C. Interactions of β-carotene and cigarette smoke in human bronchial epithelial cells // Carcinogenesis. - 2001. - Vol. 22, N 8. - P. 1173-1178.
  3. Blount B.C., Kobelski R.J., McElprang D.O. et al. Quantification of 31 volatile organic compounds in whole blood using solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry // J. Chromatography B. - 2006. - Vol. 832. - P. 292-301.
  4. Brown M.V., McDunn J.E., Gunst P.R. et al. Cancer detection and biopsy classification using concurrent histopathological and metabolomic analysis of core biopsies // Gen. Med. - 2012. - Vol. 4. - P. 33.
  5. Burton G., Ingold K. Beta-carotene: an unusual type of Передовая статья lipid antioxidant // Science. - 1984. - Vol. 224, N 4649. - P. 569-573.
  6. Catchpole G., Platzer A., Weikert C. et al. Metabolic profiling reveals key metabolic features of renal cell carcinoma // J. Cell. Mol. Med. - 2011. - Vol. 15. - P. 109-118.
  7. Chambers S.T., Bhandari S., Scott-Thomas A., Syhre M. Novel diagnostics: progress toward a breath test for invasive Aspergillus fumigatus // Med. Mycol. - 2011. - Vol. 49. - P. 54-61.
  8. Daviss В. Growing pains for metabolomics // The Scientist. - 2005. - Vol. 19, N 8. - P. 25-28.
  9. Denkert C., Budczies J., Kind T. et al. Mass spectrometry-based metabolic profiling reveals different metabolite patterns in invasive ovarian carcinomas and ovarian borderline tumors // Cancer Res. - 2006. - Vol. 66. - P. 10 795- 10 804.
  10. Denkert C., Budczies J., Fiehn O. et al. Metabolite profiling of human colon carcinoma - deregulation of TCA cycle and amino acid turnover // Mol. Cancer. - 2008. - Vol. 7. - P. 72.
  11. Goeminne P.C., Vandendriessche T., Eldere J.V. et al. Detection of Pseudomonas aeruginosa in sputum headspace through volatile organic compound analysis // BioMed. Central. - 2012. - Vol. 13. - P. 83-87.
  12. Hartmann M., Zimmermann D., Nolte J. Changes of the metabolism of the colon cancer cell line SW-480 under serum-free and serum-reduced growth conditions // In Vitro Cell. Dev. Biol. Animal. - 2008. - Vol. 44. - P. 458-463.
  13. Jordan K.W., Nordenstam J., Lauwers G.Y. et al. Metabolomic characterization of human rectal adenocarcinoma with intact tissue magnetic resonance spectroscop // Dis. Colon & Rectum. - 2009. - Vol. 52, N 3. - P. 520-525.
  14. Jiang S., Jung S.M., Shin E.-C. et al. Apoptosis in human hepatoma cell lines by chemotherapeutic drugs via fas-dependent and fas-independent pathways // Hepatol. - 1999. - Vol. 291. - P. 101-110.
  15. Kouremenos K.А., Pitt J., Marriott P.J. Metabolic profiling of infant urine using comprehensive two-dimensional gas chromatography: application to the diagnosis of organic acidurias and biomarker discovery // J. Chromatography A. - 2010. - Vol. 1217. - P. 104-111.
  16. Lynberg M., Nuckols J.R., Langlois P. et al. Environ // Health Perspect. - 2001. - Vol. 109. - P. 597.
  17. Martano G., Vogl C., Bojaxhi E. et al. Solid-phase extraction and GC-MS analysis of potentially genotoxic cleavage products of β-carotene in primary cell cultures // Anal. Bioanal. Chem. - 2011. - Vol. 400. - P. 2415-2426.
  18. Paczkowski S., Schutz S. Post-mortem volatiles of vertebrate tissue // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2011. - Vol. 91, N 4. - P. 917-935.
  19. Palozza P., Serini S., Di Nicuolo F. et al. β-Carotene exacerbates DNA oxidative damage and modifies p53-related pathways of cell proliferation and apoptosis in cultured cells exposed to tobacco smoke condensate // Carcinogenesis. - 2004. - Vol. 25, N 8. - P. 1315-1325.
  20. Paolini M., Antelli A., Pozzetti L. et al. Induction of cytochrome p450 enzymes and over-generation of oxygen radicals in beta-carotene supplemented rats // Carcinogenesis. - 2001. - Vol. 22, N 9. - P. 1483-1495.
  21. Paolini M., Abdel-Rahman S.Z., Sapone A. et al. β-Carotene: a cancer chemopreventive agent or a co-carcinogen? // Mutat. Res., Rev. Mutat. Res. - 2003. - Vol. 543, N 3. - P. 195-200.
  22. Patti G.J., Yanes O., Siuzdak G. Innovation: metabo lomics: the apogee of the omics trilogy // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. - 2012. - Vol. 13. - P. 263-269.
  23. Pauling L., Robinson A.B., Teranishi R., Cary P. Quantitative analysis of urine vapor and breath by gas-liquid partition chromatography // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 1971. - Vol. 68. - P. 2374-2376.
  24. Rajamaki T., Alakomi H.L., Ritvanen T. et al. Application of an electronic nose for quality assessment of modified atmosphere packaged poultry meat // Food Control. - 2006. - Vol. 17. - P. 5-13.
  25. Rocha S.M., Caldeira M., Carrola J. et al. Exploring the human urine metabolomic potentialities by comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time of flight mass spectrometry // J. Chromatography A. - 2012. - Vol. 1252. - P. 155-163.
  26. Sands C.J., Coen M., Ebbels T.M. et al. Data-driven approach for metabolite relationship recovery in biological1H NMR data sets using iterative statistical total correlation spectroscopy // Anal. Chem. - 2011. - Vol. 83. - P. 2075- 2082.
  27. Schnatter A.R., Rosamilia K., Wojcik N.C. Review of the literature on benzene exposure and leukemia subtypes // Chem.-Biol. Interact. - 2005. - Vol. 153. - P. 9-21.
  28. Schulz S., Dickschat J.S. Bacterial volatiles: the smell of small organisms // Nat. Prod. Rep. - 2007. - Vol. 24. - P. 814-842.
  29. Silva C.L., Passos M., Camara J.S. Investigation of urinary volatile organic metabolites as potential cancer biomarkers by solid-phase microextraction in combination with gas chromatography-mass spectrometry // Brit. J. Cancer. - 2011. - Vol. 105. - Р. 1894-1904.
  30. Sreekumar A., Poisson L.M., Rajendiran T.M. et al. Metabolomic profiles delineate potential role for sarcosine in prostate cancer progression // Nature. - 2009. - Vol. 457. - P. 910-914.
  31. Statheropoulos M., Mikedi K., Agapiou A. et al. Discriminant analysis of volatile organic compounds data related to a new location method of entrapped people in collapsed buildings of an earthquake // Anal. Chim. Acta. - 2006. - Vol. 566. - P. 207-216.
  32. Statheropoulos M., Agapiou A., Spiliopouiou C. et al. Environmental aspects of VOCs evolved in the early stages of human decomposition // Sci. Total. Environ. - 2007. - Vol. 385. - P. 221-227.
  33. Thorn R.M., Reynolds D.M., Greenman J. Multivariate analysis of bacterial volatile compound profiles for discrimination between selected species and strains in vitro // J. Microbiol. Methods. - 2011. - Vol. 84. - P. 258-264.
  34. Veenstra T.D. Metabolomics: the final frontier // Gen. Med. - 2012. - Vol. 4. - P. 40.
  35. Wishart D.S., Tzur D., Knox C. et al. HMDB: the Human Metabolome Database // Nucl. Acids Res. - 2007. - Vol. 35. - P. 521-526.
  36. Wolf F., Wandke C., Isenberg N., Geley S. Dose-dependent effects of stable cyclin B1 on progression through mitosis in human cells // EMBO J. - 2006. - Vol. 25. - P. 2802-2813.
  37. Xue R., Dong L., Zhang S. et al. Rapid Commun // Mass Spectrom. - 2008. - Vol. 22. - P. 1181-1186.
  38. Zimmermann D., Hartmann M., Moyer M.P. et al. Determination of volatile products of human colon cell line metabolism by GC/MS analysis // Metabolomics. - 2007. - Vol. 31. - P. 13-17.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© 2014 Фурина Р.Р., Митракова Н.Н., Рыжков В.Л., Сафиуллин И.К.

Creative Commons License

Эта статья доступна по лицензии
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».