мини| Средишната догма на биологијата која го покажува протокот на информации од ДНК до фенотипот. Со секоја фаза е поврзана соодветната системска биолошка алатка, од геномика до метаболомика. Метаболомика ― научна студија за хемиски постапки кои вклучуваат метаболити, супстрати на мали молекули, посредници и производи на клеточниот метаболизам. Поточно, метаболомика е „систематско проучување на уникатните хемиски траги што специфичните клеточни постапки ги оставаат зад себе“, проучување на нивните профили на метаболити со мали молекули. Метаболомот го претставува целосниот сет на метаболити во клетката, ткивото, органот или организмот, кои се крајни производи на клеточните постапки. Информациската РНК, податоците за генското изразување и протеомските анализи го откриваат збирот на генски производи што се произведуваат во клетката, податоци што претставуваат едно гледиште од клеточната функција. Спротивно на тоа, метаболичкото профилирање може да даде моментална слика на физиологијата на таа клетка, и на тој начин, метаболомика обезбедува директно „функционално читање на физиолошката состојба“ на организмот. Навистина постојат квантитативни корелации помеѓу метаболомот и другите клеточни ансамбли (геном, транскриптом, протеом и липидом), кои може да бидат користени за предвидување на изобилството на метаболити во биолошките примероци од, на пример, изобилство на информациска РНК. Еден од врвните предизвици на системската биологија е да се интегрира метаболомика со сите други информации за -омика за да биде обезбедено подобро разбирање на клеточната биологија.
Историја Концептот дека поединците може да имаат „метаболички профил“ што може да се одрази во составот на нивните биолошки течности бил воведен од Роџер Вилијамс во доцните 1940-ти, кој користел хартиена хроматографија за да предложи карактеристични метаболички обрасци во урината и плунката биле поврзани со болести како шизофренија. Сепак, само преку технолошкиот напредок во 1960-тите и 1970-тите стана изводливо квантитативно (наспроти квалитативно) мерење на метаболичките профили. Поимот „метаболички профил“ бил воведен од Хорнинг и колегите во 1971 година, откако тие покажале дека гасната хроматографија-масена спектрометрија може да биде користена за мерење на соединенијата присутни во човечка урина и екстракти од ткиво. Групата Хорнинг, заедно со онаа на Лајнус Полинг и Артур Б. Робинсон го воделе развојот на методи со гасна хроматографија-масена спектрометрија за следење на метаболитите присутни во урината во текот на 1970-тите.
Истовремено, спектроскопијата со јадрено магнетската резонанца, која била откриена во 1940-тите, исто така била подложена на брз напредок. Во 1974 година, Сили и колегите ја покажале корисноста од користењето на јадрено магнетската резонанца за откривање на метаболити во немодифицирани биолошки примероци. Оваа прва студија за мускулите ја истакнала вредноста на јадрено магнетската резонанца со тоа што било утврдено дека 90% од клеточниот аденози трифосфат е комплексен со магнезиум. Како што чувствителноста била подобрена со еволуцијата на повисоките сили на магнетното поле и вртењето со магичен агол, јадрено магнетската резонанца продолжува да биде водечка аналитичка алатка за истражување на метаболизмот. Неодамнешните напори за искористување на јадрено магнетската резонанца за метаболомика во голема мера биле поттикнати од лабораторијата на Џереми К. Николсон на Колеџот „Биркбек“, Универзитетот во Лондон, а подоцна и на Императорскиот колеџ Лондон. Во 1984 година, Николсон покажал дека спектроскопијата со јадрено магнетската резонанца 1H потенцијално може да биде користена за дијагностицирање на дијабетес мелитус, а подоцна бил пионер во примената на методите за препознавање на шаблони на податоците од спектроскопската јадрено магнетската резонанца.
Во 1994 и 1996 година, течна хроматографија со масена спектрометрија на метаболомски опити ги извршил Гери Сиуздак додека работел со Ричард Лернер (тогаш претседател на Истражувачкиот институт „Скрипс“) и Бенџамин Крават, за да ја анализираат церебралната спинална течност од животни лишени од сон. Една молекула од особен интерес, олеамид, била забележана и подоцна се покажало дека има својства што предизвикува спиење. Ова дело е еден од најраните такви опити кои комбинираат течна хроматографија и масена спектрометрија во метаболомиката.
Во 2005 година, првата база на податоци за метаболомика со тандемска масена спектрометрија, METLIN, за карактеризирање на човечките метаболити била развиена во лабораторијата Сиуздак во Истражувачкиот институт „Скрипс“. METLIN оттогаш пораснала и од декември 2023 година, METLIN содржи опитни податоци со тандемска масена спектрометрија за над 930.000 молекуларни стандарди и други хемиски ентитети, секое соединение има опитни податоци за тандемска масена спектрометрија создадени од молекуларни стандарди при повеќе енергии на судир и во позитивни и негативни режими на јонизација. METLIN е најголемото складиште на податоци за тандемска масена спектрометрија од ваков вид. Наменското академско списание „Metabolomics“ првпат се појавило во 2005 година, основано од неговиот сегашен главен уредник Рој Гудакре.
Во 2005 година, лабораторијата Сиуздак била ангажирана во идентификација на метаболити поврзани со сепса и во обид да биде решено прашањето за статистичко идентификување на најрелевантните нерегулирани метаболити низ стотици сетови на податоци со течна хроматографија-масена спектрометрија, бил развиен првиот алгоритам за да биде овозможено нелинеарно усогласување на податоци за метаболомика на масената спектрометрија. Наречен XCMS, од (2012) е развиен како семрежна алатка и од 2019 година (со METLIN) има над 30.000 регистрирани корисници.
На 23 јануари 2007 година, Проектот за човечки метаболом, предводен од Дејвид С. Вишарт, го завршил првиот нацрт на човечкиот метаболом, кој се состои од база на податоци од приближно 2.500 метаболити, 1.200 лекови и 3.500 хранливи компоненти. Слични проекти се во тек во неколку растителни видови, особено Medicago truncatula и Arabidopsis thaliana веќе неколку години.
До средината на 2010 година, метаболомиката сè уште била сметана за „поле што се развива“. Понатаму, било забележано дека понатамошниот напредок на теренот во голем дел зависел, преку решавање на инаку „нерешливите технички предизвици“, со техничка еволуција на инструментите за масена спектрометрија.
Во 2015 година, за прв пат било демонстрирано профилирање на метаболом во вистинито време.
Метаболом Метаболомот се однесува на целосниот сет на мали молекулни (<1,5 kDa) метаболити (како што се метаболички посредници, хормони и други сигнални молекули и секундарни метаболити) кои се наоѓаат во биолошки примерок, како што е еден организам. Зборот е измислен во аналогија со транскриптомиката и протеомиката; како транскриптомот и протеомот, метаболомот е динамичен, менувајќи се од секунда во секунда. Иако метаболомот може да биде дефиниран доволно лесно, во моментов не е можно да биде анализиран целиот опсег на метаболити со еден аналитички метод.
Првата база на податоци за метаболити (наречена METLIN) за пребарување на податоци за фрагментација од опити со тандемска масена спектрометрија, била развиена од лабораторијата Сиуздак во Истражувачкиот институт „Скрипс“ во 2005 година. METLIN содржи над 450.000 метаболити и други хемиски ентитети, при што секое соединение има опитни податоци за тандемска масена спектрометрија. Во 2006 година, лабораторијата Сиуздак, исто така, го развила првиот алгоритам за да овозможи нелинеарно порамнување на податоците за метаболомика на масената спектрометрија. Наречен XCMS, каде што „X“ ја сочинува секоја хроматографска технологија, тоа е развиено како семрежна алатка.
Во јануари 2007 година, научниците од Универзитетот во Алберта и Универзитетот во Калгари го завршиле првиот нацрт на човечкиот метаболом. Базата на податоци за човечки метаболом е можеби најобемната јавна метаболомска спектрална база на податоци досегаHMDB 4.0 – the human metabolome database in 2018. и е слободно достапна електронска база на податоци (www.hmdb.ca) која содржи детални информации за малите молекули метаболити пронајдени во човечкото тело. Наменет е да биде користено за примени во метаболомиката, клиничката хемија, откривање биомаркери и општото образование. Базата на податоци е дизајнирана да содржи или поврзува три вида податоци:
Хемиски податоци, Клинички податоци и Податоци од молекуларна биологија/биохемија.
Базата на податоци содржи 220.945 записи на метаболити, вклучувајќи метаболити растворливи во вода и растворливи во липиди. Дополнително, 8.610 белковински секвенци (ензими и транспортери) се поврзани со овие записи на метаболити. Секој запис во MetaboCard содржи 130 полиња со податоци, при што 2/3 од информациите се посветени на хемиски/клинички податоци, а другата 1/3 се посветени на ензимски или биохемиски податоци. Верзијата 3.5 на Базата на податоци за човечкиот метаболом содржи >16.000 ендогени метаболити, >1.500 лекови и >22.000 хранливи состојки или хранливи метаболити. Оваа информација, достапна во базата на податоци за човечки метаболом и базирана на анализа на информации достапни во тековната научна книжевност, е далеку од целосна. Спротивно на тоа, многу повеќе се знае за метаболомите на другите организми. На пример, повеќе од 50.000 метаболити се одликуваат од растителното царство, а многу илјади метаболити се идентификувани и/или се одликуваат од поединечни растенија.
Секоја врста клетка и ткиво има уникатен метаболички „отпечаток“ што може да ги разјасни информациите специфични за органите или ткивата. Биопримероците што се користени за метаболомична анализа вклучуваат, но не ограничувајќи се на плазма, серум, урина, плунка, измет, мускули, пот, издишен здив и гастроинтестинална течност. Леснотијата на собирање ја олеснува високата временска резолуција и бидејќи тие секогаш се во динамична рамнотежа со телото, тие можат да го опишат домаќинот како целина. Геномот може да каже што може да се случи, транскриптомот може да каже што изгледа дека се случува, протеомот може да каже што го прави тоа да се случи и метаболомот може да каже што се случило и што се случува.
Метаболити Метаболитите се супстрати, посредници и продукти на метаболизмот. Во контекст на метаболомиката, метаболит обично е дефиниран како која било молекула со големина помала од 1,5 kDa. Сепак, постојат исклучоци од ова во зависност од примерокот и методот на откривање. На пример, макромолекулите како што се липобелковините и албуминот се со сигурност откриени во метаболичките студии за крвната плазма засновани на јадрената магнетна резонанција. Во метаболомиката заснована на растенија, вообичаено е да се однесуваат на „примарни“ и „секундарни“ метаболити. Примарниот метаболит е директно вклучен во нормалниот раст, развој и размножување. Секундарниот метаболит не е директно вклучен во тие постапки, но обично има важна еколошка функција. Примерите вклучуваат антибиотици и пигменти. Спротивно на тоа, во метаболомиката заснована на човекот, повообичаено е да бидат опишани метаболитите како ендогени (произведени од организмот домаќин) или егзогени. Метаболитите на туѓите супстанции како што се лековите се нарекуваат ксенометаболити.
Метаболомот образува голема мрежа на метаболички реакции, каде што излезите од една ензимска хемиска реакција се влезни во други хемиски реакции. Таквите системи се опишани како хиперцикли.
Метабономика