Metabolom

 Metabolom, tek bir organizma gibi biyolojik bir numune içinde bulunacak küçük moleküllü (<1.5 kDa) metabolitlerin (metabolik ara ürünler, hormonlar ve diğer sinyal molekülleri ve ikincil metabolitler gibi) tam setini ifade eder.  Kelime, transkriptomik ve proteomik ile analoji içinde türetilmiştir; Transkriptome ve proteom gibi, metabolom da dinamiktir, saniyeden saniyeye değişir. Metabolom kolayca tanımlanabilse de, şu anda tüm metabolit aralığını tek bir analitik yöntemle analiz etmek mümkün değildir.

Tandem kütle spektrometrisi deneylerinden parçalanma verilerini aramak için ilk metabolit veri tabanı (METLIN olarak adlandırılır), 2005 yılında The Scripps Araştırma Enstitüsü'ndeki Siuzdak laboratuvarı tarafından geliştirilmiştir. METLIN, her biri deneysel tandem kütle spektrometrisi verilerine sahip olan 450.000'den fazla metabolit ve diğer kimyasal varlıkları içerir. 2006 yılında, Siuzdak laboratuvarı ayrıca kütle spektrometrisi metabolomik verilerinin doğrusal olmayan hizalanmasına izin veren ilk algoritmayı geliştirdi. "X"in herhangi bir kromatografik teknolojiyi oluşturduğu XCMS olarak adlandırılan bu, (2012)'den beri çevrimiçi bir araç olarak geliştirilmiştir ve 2019 itibariyle (METLIN ile) 30.000'den fazla kayıtlı kullanıcıya sahiptir.

Ocak 2007'de, Alberta Üniversitesi ve Calgary Üniversitesi'ndeki bilim adamları, insan metabolomunun ilk taslağını tamamladılar. İnsan Metabolom Veritabanı (HMDB) belki de bugüne kadarki en kapsamlı genel metabolomik spektral veritabanıdır. HMDB, 110.000'den fazla farklı metabolit girişini depolar. Literatürde belirtildiği gibi insan vücudunda bulunabilen yaklaşık 1200 ilaç ve 3500 gıda bileşenini katalogladılar. Human Metabolome Database'de (www.hmdb.ca) bulunan ve mevcut bilimsel literatürde mevcut olan bilgilerin analizine dayanan bu bilgiler tam olmaktan uzaktır. Buna karşılık, diğer organizmaların metabolomları hakkında çok daha fazlası bilinmektedir. Örneğin, bitki krallığından 50.000'den fazla metabolit karakterize edilmiştir ve tek bitkilerden binlerce metabolit tanımlanmış ve/veya karakterize edilmiştir.

Her hücre ve doku tipi, organ veya dokuya özgü bilgileri açıklayabilen benzersiz bir metabolik "parmak izi"ne sahiptir. Metabolomik analiz için kullanılan biyo-numuneler plazma, serum, idrar, tükürük, dışkı, kas, ter, solunan nefes ve gastrointestinal sıvıyı içerir ancak bunlarla sınırlı değildir. Toplama kolaylığı, yüksek zamansal çözünürlüğü kolaylaştırır ve her zaman vücutla dinamik bir dengede oldukları için konakçıyı bir bütün olarak tanımlayabilirler. Genom ne olabileceğini söyleyebilir, transkriptom ne oluyor gibi göründüğünü söyleyebilir, proteom neyin gerçekleştiğini söyleyebilir ve metabolom ne olduğunu ve ne olduğunu söyleyebilir.

                                                     Şekil 1: İnsan metabolom projesi

Metabolitler

Metabolitler, metabolizmanın substratları, ara ürünleri ve ürünleridir. Metabolomik bağlamında, bir metabolit genellikle boyut olarak 1.5 kDa'dan küçük herhangi bir molekül olarak tanımlanır. Ancak, numuneye ve tespit yöntemine bağlı olarak bunun istisnaları vardır. Örneğin, lipoproteinler ve albümin gibi makromoleküller, kan plazmasının NMR tabanlı metabolomik çalışmalarında güvenilir bir şekilde saptanır. Bitki bazlı metabolomiklerde, "birincil" ve "ikincil" metabolitlere atıfta bulunmak yaygındır. Bir birincil metabolit, normal büyüme, gelişme ve üreme ile doğrudan ilgilidir. İkincil bir metabolit bu süreçlerde doğrudan yer almaz, ancak genellikle önemli ekolojik işleve sahiptir. Örnekler arasında antibiyotikler ve pigmentler bulunur. Buna karşılık, insan temelli metabolomiklerde, metabolitleri endojen (konakçı organizma tarafından üretilen) veya eksojen olarak tanımlamak daha yaygındır. İlaçlar gibi yabancı maddelerin metabolitlerine ksenometabolitler denir.

Metabolom, bir enzimatik kimyasal reaksiyonun çıktılarının diğer kimyasal reaksiyonlara girdi olduğu geniş bir metabolik reaksiyon ağı oluşturur. Bu tür sistemler hiper döngüler olarak tanımlanmıştır.

Metabonomik

Metabonomik, "canlı sistemlerin patofizyolojik uyaranlara veya genetik modifikasyona dinamik multiparametrik metabolik tepkisinin kantitatif ölçümü" olarak tanımlanır. Köken kelimesi, değişim anlamına gelen Yunanca μεταβολή ve kural veya kanunlar dizisi anlamına gelen nomos kelimelerinden gelmektedir. Bu yaklaşıma Murdoch Üniversitesi'nden Jeremy Nicholson öncülük etmiştir ve toksikoloji, hastalık teşhisi ve bir dizi başka alanda kullanılmıştır. Tarihsel olarak, metabonomik yaklaşım, sistem biyolojisinin kapsamını metabolizma çalışmalarına uygulayan ilk yöntemlerden biriydi.

'Metabolomik' ve 'metabonomi' arasındaki kesin farklılıklar üzerinde bazı anlaşmazlıklar olmuştur. İki terim arasındaki fark, analitik platform seçimi ile ilgili değildir: metabonomik, NMR spektroskopisi ve metabolomik, kütle spektrometrisi tabanlı tekniklerle daha fazla ilişkilendirilse de, bunun nedeni, farklı terimleri popülerleştiren farklı gruplar arasındaki kullanımlardır. Hala mutlak bir anlaşma olmasa da, 'metabolomik'in hücresel veya organ düzeyinde metabolik profil oluşturmaya daha fazla önem verdiği ve öncelikle normal endojen metabolizma ile ilgili olduğu konusunda artan bir fikir birliği var. 'Metabonomi', çevresel faktörlerin (diyet ve toksinler dahil) neden olduğu metabolizma bozulmaları, hastalık süreçleri ve bağırsak mikroflorası gibi ekstragenomik etkilerin katılımı hakkında bilgileri içerecek şekilde metabolik profil oluşturmayı genişletir. Bu önemsiz bir fark değildir; Metabolomik çalışmalar, tanım gereği, ekstragenomik kaynaklardan gelen metabolik katkıları hariç tutmalıdır, çünkü bunlar incelenen sistemin dışındadır. Bununla birlikte, pratikte, insan hastalıkları araştırmaları alanında, her iki terimin kullanım biçiminde hala büyük ölçüde örtüşme vardır ve bunlar genellikle aslında eş anlamlıdır.

Ekzometabolomik

Exometabolomics veya "metabolik ayak izi", hücre dışı metabolitlerin incelenmesidir. Metabolomiklerin diğer alt alanlarından birçok teknik kullanır ve biyoyakıt geliştirme, biyoişleme, ilaçların etki mekanizmasını belirleme ve hücreler arası etkileşimleri incelemede uygulamaları vardır.