Las soluciones Metabolon y su enfoque centrado en la química

Retos y soluciones en metabolómica

La LC-MS es un método muy utilizado para llevar a cabo estudios de metabolómica debido a su alta sensibilidad y amplia cobertura bioquímica, y la metabolómica es reconocida por su capacidad para proporcionar una visión fenotípica profunda que va más allá de las ciencias «ómicas» tradicionales. Sin embargo, existen retos asociados a la metabolómica y a los enfoques tradicionales de LC-MS que pueden limitar la información que se extrae de los datos. Entre estos retos se incluyen una cobertura insuficiente de las vías metabólicas, la falta de una identificación fiable de los metabolitos y la escasa interpretabilidad de los datos en un contexto específico.

La plataforma LC-MS Metabolonincorpora innovaciones estratégicas al enfoque analítico convencional, lo que permite superar limitaciones clave y ofrecer una cobertura más amplia, profunda y precisa que las tecnologías LC-MS tradicionales. Estas innovaciones son:

• Cuatro métodos cromatográficos. Las muestras se someten a cuatro métodos cromatográficos, cada uno de ellos optimizado para separar compuestos hidrofílicos, hidrofóbicos, básicos y ácidos. El uso de cuatro métodos cromatográficos permite una separación y una cobertura de los compuestos de calidad superior, además de incorporar medidas de seguridad analíticas en el método, de modo que los compuestos con características químicas similares se identifican con la máxima fiabilidad.
• Biblioteca de referencia bioquímica. La biblioteca Metabolones la mayor biblioteca comercial de referencia bioquímica del mundo. Contiene más de 5.400 metabolitos e intermedios metabólicos, la mayoría de los cuales han alcanzado el nivel 1 de identificación, lo que denota el máximo nivel de confianza en la identidad de un metabolito, ya que confirma la corrección de sus propiedades cromatográficas, de masa y de fragmentación (Figura 3). Aunque las bibliotecas de referencia de código abierto suelen ser más amplias, los métodos utilizados para identificar sus entradas no se revelan, difieren entre los distintos usuarios y contienen menos datos para la anotación de compuestos, lo que deja margen para la incertidumbre en cuanto a la identidad bioquímica. Al contener el mayor número de puntos de referencia anotados con precisión, la biblioteca Metabolonpermite una precisión analítica superior a la de otras plataformas de LC-MS. 
• Software de adquisición de datos. El software de adquisición de datos propio Metabolonpermite anotar y alinear de forma rápida y precisa miles de compuestos bioquímicos de más de 70 vías metabólicas con los datos de la literatura científica. Estas herramientas también permiten fusionar datos metabolómicos de diversos estudios e integrar conjuntos de datos metabolómicos con otros conjuntos de datos «ómicos», con el fin de maximizar el conocimiento biológico y la interpretabilidad.

Figura 3. Resumen de cada nivel de identificación de metabolitos. El grado de confianza en la identidad de un metabolito se define en cinco niveles, clasificados en función de las pruebas analíticas que respaldan dicha identidad. El nivel 1 indica el mayor grado de confianza en la identidad, y la mayoría de las entradas bioquímicas de la biblioteca Metabolonhan alcanzado este nivel de identificación.

En los estudios de metabolómica global que utilizan espectrometría de masas, se detectan entre decenas y cientos de miles de señales de espectrometría de masas —a menudo denominadas «características iónicas»— en una sola muestra. En el enfoque tradicional de análisis de datos centrado en los iones o en las características, solo se determinan las características iónicas estadísticamente significativas a partir del conjunto de datos completo, que cuenta con más de 100 000 características (Figura 4, panel inferior). Esto puede introducir errores en el análisis de datos, ya que en un conjunto de datos de este tamaño muchas de las características iónicas detectadas son redundantes e irrelevantes para la hipótesis del estudio. Mantener características redundantes en el conjunto de datos puede sesgar el análisis estadístico, y las características irrelevantes solo enturbian la interpretación de los datos, limitando la comprensión. Además, distinguir las características iónicas significativas del resto en un conjunto de datos tan grande es tedioso y requiere mucho tiempo, y a menudo se hace de forma incorrecta. Esto obliga a pasar por alto las características iónicas inmutables (aquellos compuestos que no se ven afectados por el diseño del estudio) debido a la falta de tiempo y conduce a una clasificación incorrecta de características iónicas importantes, lo que limita aún más la comprensión e introduce datos confusos.

Para hacer frente a este reto, Metabolon el enfoque «quimio-céntrico», que sitúa el compuesto o la sustancia bioquímica en primer plano mediante el uso de la sólida biblioteca de referencia bioquímica Metabolon para descartar adecuadamente las características iónicas extrañas y redundantes del conjunto de datos antes de realizar los análisis estadísticos (Figura 4, panel superior). El flujo de trabajo quimio-céntrico descompone los datos de características iónicas, lo que permite la identificación precisa de los compuestos (no de las características) estadísticamente significativos, así como la identificación de compuestos que no cambiaron a lo largo del estudio, extrayendo el máximo conocimiento del conjunto de datos. Además, todas las entradas de la biblioteca de referencia bioquímica Metabolon se identifican mediante números ChemID únicos, lo que permite comparar Metabolon entre diferentes estudios. El uso de bibliotecas de referencia bioquímica de código abierto da lugar a una falta de concordancia generalizada en las identificaciones de metabolitos comunicadas, lo que limita la comparación de los datos generados por partes independientes.

Figura 4. Resumen del enfoque centrado en los iones Metabolon. La metabolómica global suele identificar entre decenas y cientos de miles de características iónicas por muestra. Metabolon el enfoque de identificar compuestos y tener en cuenta las características redundantes utilizando una biblioteca de referencia estándar auténtica propia (arriba). A diferencia del enfoque tradicional centrado en los iones (abajo), la biblioteca permite una identificación precisa de los compuestos basada en múltiples criterios, incluyendo el tiempo de retención, la masa y los espectros de fragmentación. La amplia biblioteca Metaboloncontiene información sobre los productos de ionización de numerosos compuestos, lo que facilita su eliminación eficiente del flujo de datos.

Las innovaciones mencionadas anteriormente, junto con el enfoque centrado en la química Metabolon, hacen que Metabolon se distingan de los de otros proveedores de servicios de metabolómica.

Conclusiones del capítulo

• Metabolon desarrollado tecnologías, métodos y herramientas de análisis de datos punteros en el sector que superan muchas de las limitaciones de los flujos de trabajo metabolómicos tradicionales.
• Estas herramientas aportan a Metabolon una calidad, una reproducibilidad y una capacidad de análisis líderes en el sector.

Gracias a las herramientas Metabolon, numerosos investigadores, médicos y profesionales del sector han realizado descubrimientos que han resultado fundamentales para llevar sus proyectos al siguiente nivel. En los tres capítulos siguientes analizaremos estudios emblemáticos que muestran cómo se ha logrado esto. Esperamos que ver la metabolómica en acción en diversas disciplinas científicas y sectores sirva de inspiración para sus propios proyectos de investigación.