บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกที่บทสนทนา-สิ่งพิมพ์มีส่วนร่วมในบทความเกี่ยวกับ Live Science'sVoices Expert: Op-Ed & Insights-
การพัฒนาอย่างรวดเร็วในเครื่องมือในการศึกษาปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนคือการเปลี่ยนแปลงชีววิทยาและการวิจัยทางชีวการแพทย์
ชุดของวิธีการวิเคราะห์ที่ทรงพลังประกาศเกียรติคุณ "omics"กำลังขับรถเราออกไปวิธีการลดทอนไปสู่เพิ่มเติมความเข้าใจอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับชีววิทยาและโรค-
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ข้อ จำกัด ทางเทคนิคได้อนุญาตให้นักวิจัยดูชิ้นส่วนจำนวนเล็กน้อยในระบบชีวภาพ ในทางตรงกันข้าม“ omics” (เช่นฟังก์ชั่น, โปรตีโอมิกส์, เมแทบอลิซึม) พยายามที่จะดูภาพรวมเพื่อกำหนดระบบชีวภาพ
หนึ่งในเครื่องมือเหล่านี้ - การเผาผลาญ - ตรวจจับลายนิ้วมือเคมีของเซลล์การเผาผลาญที่ความละเอียดที่ไม่มีใครเทียบ ลายนิ้วมือนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีประสิทธิภาพเกี่ยวกับกระบวนการแบบไดนามิกที่เกิดขึ้นในตัวอย่างทางชีวภาพทุกชนิด
ทุกกระบวนการในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตต้องการพลังงานและพลังงานนี้มาจากสารอาหารซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิต ชีวเคมีมักเกี่ยวข้องกับการพิจารณาทางเดินอาหารหรือพลังงานในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
คลาสสิกการวิเคราะห์นี้ดำเนินการโดยการวัดกิจกรรมของแต่ละบุคคลเอนไซม์หรือระดับของสารเคมีแต่ละชนิด (เมตาโบไลต์) ในตัวอย่างทางชีวภาพ วิธีการนี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งที่สุดเกี่ยวกับชีววิทยา แต่ใช้เวลานานและมีข้อ จำกัด
ในทางตรงกันข้ามเมแทบอลิซึมช่วยให้เราสามารถวัดระดับสารเคมีหลายร้อยหรือหลายพันชนิดพร้อมกันซึ่งเป็นวิธีการที่ทำให้เรามีภาพรวมที่ดีขึ้นของการเผาผลาญ
พลังและความหลากหลายนี้ให้การใช้งานที่หลากหลาย
มันทำงานอย่างไร?
เมแทบอลิซึมนั้นเกิดขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยีสำคัญสองประการ
ประการแรกส่วนผสมที่ซับซ้อนของสารเคมีขนาดเล็ก (เมตาโบไลต์) สกัดจากตัวอย่างของเซลล์เนื้อเยื่ออาหารปัสสาวะสารสกัดจากจุลินทรีย์หรืออะไรก็ตามที่คุณนึกถึง ขั้นตอนต่อไปที่รู้จักกันในชื่อโครมาโตกราฟีลดสารเคมีลงในส่วนประกอบที่ง่ายขึ้น
เมตาโบไลต์แต่ละชนิดในส่วนผสมนั้นประกอบด้วยการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งให้มวลลักษณะเฉพาะ
เครื่องมือที่มีความอ่อนไหวอย่างไม่น่าเชื่อที่เรียกว่ากเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลสารจากนั้นใช้เพื่อตรวจจับสารเคมีเหล่านี้และวัดปริมาณ เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลที่ทันสมัยสามารถวัดมวลของเมตาโบไลต์ในปริมาณน้อยมากลงไปจนถึงความแม่นยำของอะตอมไฮโดรเจนเดี่ยว
คุณสามารถเข้าใจได้ว่าการใช้สิ่งนี้มีความแม่นยำเพียงใดสเกลชีวภาพเชิงโต้ตอบ- เกือบจะถึงจุดสิ้นสุดของมาตราส่วนการซูมคุณสามารถพบกลูโคสเมตาโบไลต์และเมธิโอนีนและอะตอมคาร์บอนในตอนท้าย
เมื่อเร็ว ๆ นี้เมแทบอลิซึมได้กลายเป็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการวิจัยต่าง ๆ ความนิยมที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นจากการได้รับความไวและความเร็วของสเปกโตรเมตรีมวล
สิ่งสำคัญคือความก้าวหน้าที่ดีในการประมวลผลข้อมูลและเครื่องมือวิเคราะห์ที่จำเป็นสำหรับการกระทืบข้อมูลจำนวนมากที่สร้างขึ้น การเกิดขึ้นของสาขาพิเศษของชีวสารสนเทศศาสตร์ช่วยให้เราสามารถใช้มากกว่าการคาดเดาการศึกษากับผลลัพธ์ นวัตกรรมในการคำนวณช่วยอำนวยความสะดวกในการรวม“ omics”, คณิตศาสตร์, สถิติ, ระบบและชีววิทยา Bioinformatics ได้ขยายความสามารถของเราอย่างแท้จริงในการทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเซลล์เช่นวิธีที่ยีนและผลิตภัณฑ์ของพวกเขาแปลเป็นผลการทำงาน
ทำไมเอะอะใหญ่?
ในด้านการแพทย์มีการใช้เมแทบอลิซึมเพื่อค้นหาใหม่เครื่องหมายวินิจฉัยสำหรับโรคเช่นมะเร็งและโรคเบาหวาน- ระหว่างที่เราได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ เกี่ยวกับวิธีการพัฒนาและความคืบหน้าการทำความเข้าใจการกระทำของยาและการระบุเป้าหมายใหม่สำหรับการรักษาที่มีศักยภาพ
ตัวอย่างเช่น,การศึกษาแบบอเมริกันนี้ใช้การวิเคราะห์เมแทบอลิซึมของปัสสาวะเพื่อแยกความแตกต่างของมะเร็งต่อมลูกหมาก นักวิจัยวัด 1,126 เมตาโบไลต์ในตัวอย่างทางคลินิก 262 ตัวอย่าง สิ่งนี้ให้ความคิดเกี่ยวกับระดับของรายละเอียดที่ให้ไว้
ในห้องแล็บของเราที่ศูนย์มะเร็งคิงส์ฮอร์นเรากำลังรวมเมแทบอลิซึมเข้ากับจีโนม(การกลายพันธุ์ของยีนการทำแผนที่) ในแนวทางการเดรัจฉานเพื่อทำความเข้าใจตับอ่อนให้ดีขึ้นมะเร็ง- โรคทำลายล้างนี้เป็นฆาตกรที่สำคัญซึ่งมีเพียงไม่กี่ตัวเลือกการรักษาเท่านั้น
เราได้ค้นพบว่าเนื้องอกตับอ่อน reprogram การเผาผลาญของพวกเขาเพื่อให้การแบ่งเซลล์อย่างรวดเร็วและการเจริญเติบโต ข้อมูลการเผาผลาญของเราบอกและเส้นทางเหล่านี้เป็นส้นเท้า Achilles สำหรับเซลล์มะเร็งที่เราหวังว่าจะใช้ในการพัฒนาการรักษาใหม่
Metabolomics ยังช่วยให้เราเข้าใจผลกระทบของสภาพแวดล้อมสารกำจัดศัตรูพืชและมลพิษ ตัวอย่างเช่นการสัมผัสกับการควบคุมการเกิดของฮอร์โมนหรือสารประกอบต้านการอักเสบในน้ำเสียอาจทำให้เกิดการเบวียนเพศปลาตัวผู้จะกลายเป็นผู้หญิงแม้กระทั่งผลิตไข่
Metabolomics ยังใช้ในการควบคุมคุณภาพในการผลิตอาหารและยังสามารถแยกแยะว่าระดับของสารอาหารเปลี่ยนไปอย่างไรผ่านการแปรรูปอาหารเช่นการประมวลผลเมล็ดพันธุ์ Semolina เป็นพาสต้าที่ผ่านการกลั่นกรองหรือผ่านการกลั่น มีคำสัญญาที่ดีในการใช้เมแทบอลิซึมเพื่อตรวจจับการใช้ฮอร์โมนและยาเสพติดอย่างผิดกฎหมายปศุสัตว์และการเติมแอ ธ เลติก-
หนึ่งในการใช้เมแทบอลิซึมที่น่าสนใจยิ่งขึ้นคือการทำความเข้าใจธรรมชาติที่ซับซ้อนของไวน์ ความพยายามอย่างมากคือการทำความเข้าใจว่าการมีอิทธิพลซึ่งกันและกันระหว่างดินสภาพภูมิอากาศยีสต์และแบคทีเรียในการหมักและแม้แต่ต้นโอ๊กในถังออกผลกระทบต่อสารเคมีในน้ำองุ่นเพื่อสร้างรสชาติและกลิ่นของไวน์
ในโลกแห่งความเป็นจริง - วันนี้และวันพรุ่งนี้
ในการศึกษาโรคการเปลี่ยนแปลงในการเผาผลาญเสนอแนวคิดใหม่สำหรับกระบวนการโทรศัพท์มือถือที่สามารถรักษาด้วยยาเสพติดหรือสามารถใช้เพื่อค้นหาวิธีใหม่ในการระบุหรือระบุโรคเป็นกลุ่มย่อยที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น
การค้นพบเหล่านี้มีผลที่จะมาถึงในวงกว้างเช่นเป้าหมายใหม่สำหรับการรักษาโรคมะเร็งวิธีการตรวจจับสำหรับโรคเบาหวานชีสชิมที่ดีขึ้นแบทช์เบียร์ที่สอดคล้องกันมากขึ้นพืชที่ยืดหยุ่นได้มากขึ้นการทดสอบการวินิจฉัยโรคกล้ามเนื้อ
อีกพื้นที่หนึ่งที่เทคโนโลยีนี้อาจมีผลกระทบอย่างมากในการตรวจพบสารปนเปื้อนในอาหาร (เพื่อตรวจสอบการเรียกร้องว่าเป็นอินทรีย์หรือปราศจากฮอร์โมน) รวมถึงยาสลบในสัตว์และนักกีฬา
ข้อได้เปรียบของการเผาผลาญในการตรวจจับไม่เพียง แต่โมเลกุลหรือยาที่น่าสนใจเท่านั้น
Metabolomics ช่วยให้เราอธิบายว่าการทำงานทางชีวภาพเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในจีโนมอย่างไร วิธีการนี้จะเปิดเผยภาพที่ใหญ่ขึ้นเมื่อเข้าร่วมกองกำลังกับส่วนที่เหลือของ“ omics” เพื่อเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมกับเอฟเฟกต์ที่เราเห็น
Darren Saunders ได้รับเงินทุนจากสภาวิจัยสุขภาพและการแพทย์แห่งชาติสำนักงานวิทยาศาสตร์และการวิจัยทางการแพทย์ NSW และมูลนิธิครอบครัว Mostyn
Rae-Anne Hardie ได้รับเงินทุนจากทุนการวิจัยระดับสูงกว่าปริญญาตรี, รางวัล Beth Yarrow Memorial Award และมูลนิธิครอบครัว Mostyn
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกที่บทสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ- มุมมองที่แสดงเป็นของผู้เขียนและไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของผู้จัดพิมพ์ บทความฉบับนี้ได้รับการเผยแพร่ครั้งแรกเมื่อLiveScience
