Con il termine “scienze omiche” si fa riferimento alle discipline che studiano molecole che hanno qualità simili tra loro: il suffisso -omics deriva, infatti, dalla combinazione delle parole “-oma” (nome di masse o gruppi) e “ics” (campi di conoscenza o pratica).
Tra queste discipline, è possibile ritrovare la genomica, scienza che studia tutto ciò che riguarda i geni; la trascrittomica, ossia lo studio delle molecole di RNA trascritte da una cellula in un particolare momento; la proteomica, quindi lo studio delle proteine, che possono essere descritte come la manifestazione fenotipica del contenuto del genoma ed infine la metabolomica, la scienza che studia i metaboliti, ossia le molecole prodotte in seguito a reazioni enzimatiche e che interagiscono tra loro per dare il metabolismo. Seguendo l’ordine con cui sono state citate, vi è un aumento di complessità e una conseguente minor risoluzione di informazioni: la genomica è attualmente l’ambito più ricco a livello informativo, è infatti possibile suddividerla in diversi ambiti (genomica strutturale, funzionale, comparata, ecologica..) e, mentre il progetto genoma umano si può considerare concluso e i dati ad esso relativi sono facilmente accessibili, il progetto metaboloma umano è tuttora in corso e l’aumento di informazioni è esponenziale.
L’integrazione dei dati di queste discipline dà origine alla cosiddetta biologia di sistema, la quale mira ad analizzare un organismo in toto al fine di generare ipotesi (un approccio opposto a quello classico che invece a partire da un’ipotesi fa analisi).
Qualche numero
Per dare qualche valore numerico, nell’organismo umano sono presenti circa 20.000 geni e lo studio di questi dà l’idea di ciò che potrebbe potenzialmente accadere a livello fenotipico; da essi, attraverso molteplici meccanismi, è possibile ottenere circa 1.000.000 di trascritti diversi che danno idea di ciò che sta accadendo attualmente in una particolare cellula. Infine, ulteriori processi permettono di ottenere fino a 10.000.000 di proteine diverse, che rappresentano la manifestazione fenotipica di ciò che è contenuto nel genoma e serve alla cellula in quel momento.
Le proteine rivestono diversi ruoli a livello cellulare e tra questi particolare importanza rivestono gli enzimi, molecole che catalizzano reazioni cellulari permettendo la formazione dei metaboliti. Per quanto riguarda questi ultimi, attualmente il numero di quelli catalogati è dell’ordine dei 100.000, ma esso è destinato ad aumentare (basti pensare che il numero medio di studi di metabolomica pubblicati negli ultimi anni è di circa 5000/anno).
Perché studiare i metaboliti?
Lo studio dei metaboliti permette di tracciare un profilo dettagliato riguardo il metabolismo di una persona: quest’ultimo può variare anche nel corso della giornata, ad esempio una condizione di stress che si può presentare la mattina a lavoro, porta alla produzione di metaboliti diversi da quelli prodotti alla sera quando ci si rilassa a casa. Alcuni metaboliti richiedono più tempo per registrare variazioni significative a livello di fluidi corporei e possono, dunque, essere indice di una condizione che dura da tempo e che può portare allo sviluppo di malattie in futuro. La loro misurazione, attualmente, avviene a livello di fluidi facilmente accessibili come urina e sangue: nel primo caso si ottengono informazioni riguardo un periodo di circa 2 mesi precedenti alla raccolta, nel secondo caso, invece, le informazioni coprono un periodo di circa due settimane.
La Metabolomica è il metodo più affidabile per analizzare l’effetto finale dei fattori epigenetici coinvolti nello sviluppo delle malattie: bisogna infatti tenere in considerazione che lo stato di salute dipende anche da influenze ambientali come l’attività fisica e la dieta, che influenzano il metabolismo di una persona. Il fenotipo di un individuo, dunque, si avvicina di più al metaboloma rispetto al trascrittoma e al proteoma, quindi nonostante il numero di molecole coinvolte sia minore, la loro diversità rende il loro studio più complesso ma allo stesso tempo più informativo dello stato di salute di una persona.
In generale, l’aumento della quantità di un metabolita è dovuto ad un blocco nel rispettivo pathway che a sua volta può essere dovuto alla carenza di cofattori necessari per le reazioni. Questi ultimi possono essere forniti mediante una specifica dieta e integratori, e questo porta al ripristino di quella reazione enzimatica e dunque del pathway in cui è coinvolta. L’analisi di più metaboliti in contemporanea permette di avere un’idea generale del metabolismo di qualcuno e di intervenire con il metodo sopracitato dove ce n’è il bisogno.
FONTI
German JB, Hammock BD, Watkins SM (2005) Metabolomics
Fathoming Metabolism Harvard Mag. 2011
Clish C. 2015 Metabolomics: an emerging but powerful tool for precision medicine. Molecular Case Studies
https://obgyn.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1576/toag.13.3.189.27672
http://www.hmdb.ca/
https://www.metabolomicmedicine.com
