GUÍA DEL EXPOSOMA
La identificación de metabolitos de alta confianza maximiza los datos del exposoma para dar forma a la política de salud pública
5.0 Introducción
En el último capítulo se abordó la importancia de la metabolómica fiable en la investigación del exposoma. Aquí profundizamos en este tema explorando el papel de la identificación de metabolitos en el análisis y la interpretación de los hallazgos del exposoma y cómo influye en la toma de decisiones posteriores. La biomonitorización desempeña un papel crucial en la comprensión de cómo afecta a la salud humana la exposición a sustancias químicas, factores ambientales y otras sustancias. Las pruebas generadas a partir de la biovigilancia suelen aplicarse a las políticas de salud pública y a las directrices normativas para evitar exposiciones nocivas y malos resultados para la salud. Las mediciones de metabolitos forman parte de las pruebas que los reguladores utilizan para justificar acciones, y la interpretabilidad de estos datos metabolómicos se basa en la identificación precisa de los metabolitos detectados en las muestras biológicas. En este capítulo analizaremos los niveles de identidad de los metabolitos y los criterios utilizados para definirlos, así como casos clave en los que la identificación precisa de metabolitos condujo a cambios políticos que mejoraron la seguridad humana al eliminar sustancias químicas nocivas de los productos de consumo y del suministro de agua.
5.1 Identificación de metabolitos de nivel 1
La identificación precisa de metabolitos a partir de experimentos de perfilado no dirigidos es un proceso complejo y difícil. El metaboloma se compone de numerosas moléculas pequeñas que abarcan una amplia gama de estructuras químicas y características iónicas, y muchos de estos metabolitos existen como isómeros, que tienen masas idénticas pero estructuras diferentes. Otra complejidad añadida a la identificación de metabolitos es el hecho de que los espectros de fragmentación son muy específicos de un instrumento LC-MS y de sus parámetros.
Para promover las mejores prácticas de análisis químico y maximizar la interpretabilidad de los datos metabolómicos, la Metabolomics Standards Initiative (MSI) ha definido 5 niveles de identificación de metabolitos según las pruebas disponibles que apoyan la identidad de un bioquímico(Figura 5.1).
5.1.1 Exposición al bisfenol A
El bisfenol A (BPA) es una sustancia química industrial que se utiliza para fabricar plásticos de policarbonato, como los biberones, y revestimientos protectores en el interior de los envases de alimentos. Se cree que la exposición al BPA se produce principalmente por la ingestión de alimentos almacenados en recipientes recubiertos de BPA. Desde finales de la década de 1990 hasta principios de la de 2000, varios estudios demostraron que la exposición al BPA provoca alteraciones en el desarrollo y la reproducción en animales de laboratorio3,4. Esto suscitó la preocupación de los responsables de salud pública medioambiental e impulsó la investigación sobre las concentraciones de este compuesto en la población estadounidense y los posibles efectos de su exposición sobre la salud.
En 2008, Calafat et al. utilizaron métodos HPLC-MS/MS de dilución isotópica y criterios de identificación de metabolitos de nivel 1 para analizar muestras de orina de 2.517 participantes en la Encuesta Nacional de Salud y Nutrición 2003-20045. Demostraron que el BPA, medido por el BPA libre y los metabolitos no estrogénicos del BPA, se detectó en el 92,6% de los participantes en el estudio. Los estudios epidemiológicos de seguimiento mostraron que los adultos con una exposición elevada al BPA tenían más probabilidades de padecer enfermedad coronaria, diabetes, disfunción inmunitaria y anomalías de las enzimas hepáticas6-8. Otros estudios informaron de la asociación de niveles elevados de BPA con el comportamiento neurodivergente en niños10 y de la exposición in utero al BPA con el bajo peso al nacer10,11. Estos hallazgos, junto con evaluaciones toxicológicas y de riesgos, llevaron a la decisión de 2011 de la Unión Europea y del Ministerio de Sanidad de China de prohibir la fabricación de biberones que contuvieran BPA12,15. En 2012, este mismo cambio de política fue aplicado por la FDA para los biberones y tazas para sorber vendidos en Estados Unidos13,15. Desde entonces, otros países asiáticos, como Malasia, Tailandia, Corea del Sur y Filipinas, han prohibido el BPA en biberones, tazas para bebés y preparados para lactantes15.
Dado que el BPA y sus metabolitos no estrogénicos comparten similitudes estructurales, incluidos dos anillos de fenol unidos por un puente central de carbono, la identificación de nivel 1 de esos compuestos fue vital para generar datos que pudieran compararse entre laboratorios, instituciones y estudios realizados con años de diferencia, para conducir a un importante cambio de política que potencialmente mitigará los efectos nocivos de la exposición al BPA en la salud humana.
5.1.2 Exposición a los ftalatos
Los ftalatos (es decir, los plastificantes) son ésteres del ácido ftálico que confieren a los plásticos durabilidad y flexibilidad. Se encuentran en envases de alimentos, productos farmacéuticos, juguetes infantiles, adhesivos y productos de cuidado personal. Debido a su prevalencia en los bienes de consumo, desde la década de 1970 se han detectado niveles constantes de ftalatos en la orina de niños y adultos16. Una vez ingeridos, los ftalatos se metabolizan rápidamente mediante un proceso de dos pasos(Figura 5.2). En primer lugar, son hidrolizados en metabolitos monoésteres por esterasas y lipasas. A continuación, estos monoésteres pueden metabolizarse mediante oxidación o conjugarse con ácido glucurónico, formando compuestos hidrófilos que se excretan fácilmente por la orina.
Estudios recientes han demostrado una relación entre la exposición infantil a determinados ftalatos y el deterioro de la salud. Por ejemplo, el di-2-etilhexilftalato (DEHP) y el butilbencilftalato (BBP) pueden aumentar el riesgo de asma y eczema17-20. Además, estudios prospectivos de 4 cohortes diferentes mostraron que la exposición gestacional al BBP, DEHP, di-butil ftalato (DBP) y dietil ftalato (DEP) está asociada a retrasos en el desarrollo físico de lactantes y niños pequeños21,22, así como a comportamientos neurodivergentes declarados por los padres9,23.
En cada uno de esos estudios, los ftalatos y sus productos metabólicos se midieron utilizando métodos específicos validados con dilución isotópica y materiales de referencia para alcanzar así los criterios de identificación de metabolitos de nivel 1. La elevada confianza en las especies bioquímicas que se relacionaron con los resultados sanitarios preocupantes, y la capacidad de comparar los datos generados en diferentes plataformas de EM en distintos laboratorios, permitieron presentar a las autoridades reguladoras una cantidad sustancial de pruebas sobre los efectos nocivos de esos ftalatos.
Estas pruebas condujeron finalmente a que la Unión Europea, Estados Unidos y China limitaran las concentraciones de DEHP, DBP y BBP al 0,1% en peso en los juguetes y productos de puericultura para niños24-26. En general, este ejemplo demuestra cómo la identificación de metabolitos de alta confianza forma parte de la base de una investigación exposómica rigurosa y de gran impacto.
5.1.3 Exposición a sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS)
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) son un grupo de sustancias químicas fluoradas ampliamente utilizadas en productos industriales y comerciales, como utensilios de cocina, envases de alimentos, ropa y alfombras. Se han detectado en el suero de varias poblaciones de todo el mundo27,28, y los estudios epidemiológicos han asociado la sobreexposición a los PFAS con afecciones inmunológicas30, problemas de crecimiento y desarrollo fetal30 y cánceres31,32(Figura 5.3).
Estas observaciones clínicas inspiraron importantes esfuerzos para comprender cómo los PFAS podrían impulsar la aparición de esas enfermedades. Muchos estudios posteriores utilizaron métodos LC-MS validados y estándares bioquímicos para la elaboración de perfiles metabólicos no específicos. Estos estudios mostraron que el metabolismo del ciclo de la urea/aminoácidos se ve afectado por la exposición a PFAS, lo que tiene implicaciones en la resistencia a la insulina y la insuficiencia cardíaca relacionada con la diabetes en adultos mayores. Las carnitinas/acilcarnitinas también se vieron afectadas por los PFAS, mostrando un deterioro de la oxidación de los ácidos grasos y la acumulación de lípidos en los tejidos, que son los principales impulsores de la obesidad y la resistencia a la insulina. El metabolismo de los glicerofosfolípidos fue otra de las vías más afectadas por la exposición a los PFAS, que se ha relacionado anteriormente con la progresión de las enfermedades cardiovasculares.
Estos estudios, que identificaron las mismas alteraciones metabólicas inducidas por los PFAS que podrían estar relacionadas con diversas enfermedades, junto con la biomonitorización y otros datos mecanísticos, influyeron en la reciente oleada de cambios en las normas nacionales sobre el agua potable para determinados PFAS. Estas nuevas normas limitan las cantidades de los compuestos PFAS PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS y HFOP-DA a 4 partes por billón cada uno. Este ejemplo demuestra la utilidad de la metabolómica no dirigida para caracterizar las relaciones causa-efecto entre el exposoma y la salud, y el valor de la identificación precisa de metabolitos para la interpretabilidad biológica y la obtención de resultados significativos.
Como mencionamos anteriormente en este capítulo, la identificación de metabolitos del exposoma a partir de experimentos de perfiles no dirigidos es extremadamente difícil, y contar con capacidades analíticas sólidas es esencial para generar datos significativos. Observamos que la plataforma Global Discovery (es decir, no dirigida) de Metabolonha sido validada frente a un ensayo dirigido independiente en la Universidad de Uppsala45, y ha demostrado una fuerte concordancia en las mediciones de metabolitos de PFAS, lo que subraya la solidez analítica de la plataforma. Estas identificaciones de nivel 1 de ICM proporcionan el rigor y la fiabilidad necesarios para apoyar la elaboración de políticas basadas en pruebas para las exposiciones ambientales.
5.2 Conclusiones y ventajas de Metabolon
La identificación de metabolitos de nivel 1 es vital para generar hallazgos rigurosos e impactantes que impulsen el descubrimiento científico y guíen la toma de decisiones tanto en materia de salud pública como individual.
En la metabolómica no dirigida, un solo pico MS1 puede coincidir con varios compuestos en bases de datos públicas, ya que muchos metabolitos comparten la misma masa y los fragmentos pueden solaparse entre moléculas estructuralmente relacionadas. La mayoría de los proveedores de metabolómica informan de cualquier posible coincidencia en las bases de datos, lo que infla sus cifras de cobertura al tiempo que deja al investigador con un conjunto de datos que contiene ID ambiguas, lo que socava la correcta interpretación de los datos. Además, muchos proveedores no distinguen qué metabolitos de un conjunto de datos se identificaron con un nivel de confianza 1 de los identificados con un nivel de confianza inferior.
Metabolon utiliza estándares bioquímicos auténticos, confirmación del tiempo de retención y filtros de plausibilidad biológica para garantizar que a cada pico se le asigna una única identificación segura en lugar de múltiples anotaciones posibles (es decir, ambiguas). Metabolon obtiene pruebas para apoyar la identidad de cada metabolito, que van desde un estándar bioquímico (Nivel 1) hasta sólo la masa molecular (Nivel 5), lo que permite una interpretación precisa de los datos y la generación de hipótesis sólidas. Metabolon también cuenta con la mayor biblioteca de metabolitos identificados de Nivel 1 del mundo, ofreciendo una cobertura de metabolitos amplia y profunda líder en la industria.
La biblioteca de Metabolon, junto con nuestros sólidos métodos de anotación, proporciona a nuestros clientes una ventaja decisiva sobre los proveedores de metabolómica de la competencia y les dota de las pruebas adecuadas para orientar las políticas.
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