metabolomİk - universitydocs.neu.edu.tr/staff/serdar.susever/10 metabolomik... · 2016-09-11 ·...

METABOLOMİK

2

• Metabolomik; belirli hücresel-biyokimyasal proseslerinarkalarında bıraktıkları oproseslere özgü, kimyasalparmakizlerini, özellikle de, buproseslerin ürünü olan bütünküçük moleküllerin[metabolitlerin] profilleriniinceleyen biyoteknolojidallarıdır.

• Belirli bir zaman dilimindedokularda hücrelerde vefizyolojik sıvılarda lipid,karbohidratlar, vitaminler,hormonlar ve diğer hücrebileşenlerinden ortaya çıkanmetabolitlerin çalışılmasınametabolomik denir.

3

• Metabolomik adı verilen yöntemhücresel yolakların’ların tek tekortaya çıkarılmasında moleküleraraçları kullanmaktadır. Sonuçtaçok sayıda protein “kitaplıkları”ortaya çıkar.

• Önce genom haritası tamamlanır.Sonra beklenen proteinlerbiyoinformatik ile çözümlenir. Buproteinlerin benzerlikler bazındaait oldukları aileler tahminedilerek kümeler oluşturulur.Transporterlar, mitokondriyalproteinler, lipit metabolizmasıilişkili proteinler, kanal proteinleri,membran sorting proteinler gibi.

Metabolomics Vol. 1, No. 1, January 2005

4

• Metabolomdaki değişiklikler, organizmanıngenetik değişiklik, hastalık ve çevreseldeğişikliklere verdiği en son yanıttır.

• Metabolomik invaziv olmayan biyolojik belirteçlerkullanarak metabolik yolların incelenmesineolanak sağlar.

5

• Proteomikte olduğu gibi metabolomik dehastalık belirleyicisi olan veya tedavidenetimini sağlayan metabolitleribelirlemeyi amaçlar.

• Hastanın metabolik profili ve genetikyapısına göre diyet önerilerindebulunulmasına imkân verir.

6

• Genomik ve proteomik “neolabileceğinin” metabolomikise “gerçekte ne olduğunun”bilgisini verir. Bu nedenle,tüm metabolitlerin ayrıntılı

• ve kantitatif ölçümü(metabolomik)hastalık teşhisiveya toksik ajanların fenotipüzerindeki etkileriniaraştırmada en idealyöntemdir.

7

• Tek tek metabolitler aslında yıllardır hastalıkteşhisinde kullanılmaktadır.

• Diyabette kan şekeri,

• Koroner kalp hastalığındakolesterol düzeyi

8

• Metabolomik içinde bulunulanduruma göre tümmetabolitlerdeki artma veazalmaları belirlemeye çalışır.

• Kolesterol yüksekliğisaptandığında koroner sorunuyaşanabileceği söyleyebilir,fakat bu bilgi örneğin beş farklıbelirteçle daha güçlendirilirsebu sorunun neden yaşanacağıda bilinebilir.

• Bir transport proteini eksikveya çok yağ tüketiyor olabilir.

• Metabolomik analiz sadecebilgi sunmaz, açıklamalardada bulunur.

9

Metabolomik Teknikleri

• Metabolomik, biyoloji, kimya ve matematikiçeren multi-disipliner bir bilimdir. Çokdeğişkenli veri analiz yöntemleriylebirleştirilmiş kromatografi, molekülerspektroskobi ve kütle spektrometrisi gibianalitik tekniklere ihtiyaç vardır.

10

Hedef bileşik analizleri ve metabolik profilleriiçin;

• Gaz Kromatografisi (GS)

• Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC)

• Nükleer Magnetik Rezonans (NMR)

Bu yöntemler, kromatografik ayırmayöntemlerine dayanmaktadır.

11

Metabolomik parmakizi’nde, örnekler, hiçbirayırma tekniği kullanılmadan ham olarak

• NMR,

• Direk enjeksiyon kütle spektrometrisi (MS) veya

• Fourier transform infrared (FT-IR) spektroskobisi

Parmakizi yöntemleri, çok değişkenli analizlerlekombine edilerek birçok veri elde edilmektedir.

12

Gaz Kromatografisi (GS) • Yüksek çözünürlüklü bileşiklerin

ayrılmasını sağlar.• Flame iyonizasyon dedektör

(GC/FID) veya massspektrofotometre (GS/MS) ilebirleştirilerek kullanılabilir.

• Her iki yöntemde; hassas veüniversal, organik bileşiklerin hemenhemen hiçbirinin yapı ve sınıfınabakmadan ortaya çıkaranyöntemlerdir.

• Yüksek kromatografik çözünürlüksağlar.

• Birçok biyomolekül içintürevlendirmeye ihtiyaç vardır.

• Bazı büyük ve polar metabolitler GSile analiz edilemez.

13

Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC)

• HPLC, GS ile karşılaştırıldığında,

• Daha düşük kromatografik çözünürlüğe sahiptir.

• Tayin edilecek kimyasal bileşiklerin daha fazla sayıda ölçmepotansiyeline sahiptir. (GS’de örnek sayısı sınırlıdır)

• Kullanılan çözücü, kolon ve detektör tipi maddeye uygun olmalıdır.

HPLC UPLC

Last, Daniel and Shachar-Hill Nature Reviews Molecular Cell Biology 8, 167–174 (February 2007) | doi:10.1038/nrm2098

15

Parmakizi Yöntemleri

• Bu teknikler örnek sayısınınfazla olduğu durumlarda hızlı birşekilde profillerinin çıkarılmasıiçin kullanılmaktadır.

• Örnekler

• Çözücü ekstraksiyonundansonra,

• Bozulmamış dokular (magicangle spinning NMR),

• Sıvı veya yarı katı materyaller(NMR ve FT-IR) veya

• Kuru materyaller (FT-IR) için

16

NMR

• Hidrojen içeren metabolitlerin, proton (1H) NMR ile tespit edilmesi temelinedayanır. Sinyaller, referans bileşiklerle veya iki boyutlu NMR ile belirlenir.

• Tayin edilecek kimyasal bileşiğin ayrımına dayalı olmayan bir tayinyöntemidir.

• Örnek ileri analizler için bu teknikte geri alınabilir.• Küçük moleküllü metabolitleri her tipi eş zamanlı olarak ölçülebilir.• MS temeline dayalı tekniklerle karşılaştırıldığında MS daha duyarlıdır.• NMR verileri yorumlamak kompleks karışımlarda oldukça zordur.

17

Direk Enjeksiyon MS

• Metabolitlerin mass profilleri, yüksekçözünürlüklü mass spektrometresineelektrosprey iyonizasyon kaynağına hamekstrakların enjeksiyonu ile hiçbir kromatografikayırıma gerek olmadan elde edilir.

18

FTIR Spektroskobisi

• Fonksiyonel grupların varlığını tespit eden bir yöntemdir.• Örneklerin hazırlanması kolaydır.• Eskiden sadece KBr tabletler ile spektrum alınabilyordu.

Yeni gelişen bir yöntem olan ATR yönteminde(Attenuated total reflectance) toz veya kurutulmuş örnekelmasın üzerine direk konur ve yansıma ölçülür.

• Diğer yöntemlere göre yorumu kolaydır.• Ancak yapı tayini için yetersizdir.

19

20

• LC/MS; diğer yöntemlerle iyi karakterize edilmemiş bileşiklerintespitinde kullanılır.

• LC/MS/MS;. Yeni veya nadir metabolitlerin yapısının tayininde veyabilinen metabolitlerin karakterizasyonunda şüpheli durumlarda kesinyapısal bilgi sağlar.

• LC-NMR; bilinmeyen bileşiklerin yapısal karakterizasyonu içinkullanılır.

OH

OH

Timol Karvakrol

21

22

23

Kapilar Elektroforez (CE)

• Şimdiye kadar, metabolit profilleri için CE,oldukça az sayıda yayında kullanılmıştır.

• MS ile birleştirilerek kullanılmaktadır.

• HPLC’den ayırma hızı yüksektir.

• GC’ye göre metabolit sınıflarının dahageniş alanda kullanımı için uygundur.

24

CE-MS

25

26

• Toksikoloji; metabolik profili, bir kimyasalın toksikyapıya saldırması sonucu meydana gelen fizyolojideğişimlerin tespit edilmesinde kullanılabilir. Değişikliklergözlenmesi, karaciğer veya böbreğe özel yara gibi, özelhastalık belirtileriyle ilişkilendirilebilir. İlaç sanayi içinöenmlidir.

27

• İşlevsel Genomik; metabolomik gen delesyonuveya insersiyonu gibi genetik manipulasyonlarınsebep olduğu fenotipteki değişiklerinbelirlenmesinde kullanılan önemli bir araçtır.

• Nutrigenomik; insan beslenmesi ile ilgili olarakgenomik, transkriptomik, proteomik vemetabolomik terimlerinin genelleştirilmesidir.

28

• Diyet ve yaşam tarzı seçimlerinin bireylerinişlevlerini hücre, doku ve moleküler düzeyde vetoplum düzeyinde nasıl etkilediğini inceler.

• Yaş, cinsiyet, vücut kompozisyonu ve genetikgibi endojen faktörler tarafından belirli vücutsıvıları etkilenmektedir. Diyet ve ilaç gibi egzojenaktörlerde metabolik profili etkilemektedir.

29

Figure 3 Potential benefits of genomics, proteomics and metabolomics for the patient

Clinical Science www.clinsci.org Clin. Sci. (2005) 108, 369-383

30

KAYNAKLAR

• www.inovasyon.org/getfile.asp?file=AYK.CBTD181.pdf

• http://genotyping.wordpress.com/2007/07/24/genetikdeki-donusum-genomik-ve-proteomik/

• http://www.biomics.se/metabolomics/index.php

• http://www.nutrition.tum.de/en/seite5.htm

• http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolite

• http://www.ich.ucl.ac.uk/services_and_facilities/lab_services/mass_spectrometry/metabolomics/GC_MS.html

• Goodacre, R., 2005. Metabolomics-the way forward. Metabolomics, 1 (1): 1-2.

• Coşkun, T., 2007. Nütrisyonel Genomik. Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Dergisi, 50: 47-66.

• Schmidt C.W., 2004. Metabolomics: what’s happening downstream of DNA. Environ Health Persp, 112: 411-415.

• Dettmer K., Hammock B.D., 2004. Metabolomics – a new exciting field within the “omics” sciences. EnvironHealth Persp, 112: 396-397.