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.




Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах