Capítulo 1-Metabolómica, metabolitos y metaboloma

¿Qué es el metabolismo?

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que mantienen la vida en los organismos. Los principales objetivos del metabolismo son: convertir los alimentos o el combustible en energía para que puedan funcionar los procesos celulares; convertir los alimentos en bloques de construcción de proteínas, lípidos, ácidos nucleicos e hidratos de carbono; y eliminar los desechos metabólicos. Estas reacciones catalizadas por enzimas permiten a los organismos crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a su entorno.

¿Qué es la metabolómica?

La metabolómica es la identificación de pequeñas moléculas conocidas como metabolitos^.1 La metabolómica es un poderoso complemento de otras técnicas ómicas de uso común: la genómica, la transcriptómica y la proteómica. Mientras que estas técnicas proporcionan información sobre el potencial genético y funcional, la metabolómica va un paso más allá al proporcionar información fenotípica. Nuestros genomas, transcriptomas, proteomas y metabolomas no existen en el vacío: se influyen y se ven influidos entre sí y por el entorno exterior (Figura 1).

Figura 1. La compleja interrelación entre genes, entorno y capacidad funcional.

El genoma, estudiado mediante la genómica, proporciona toda la información necesaria para crear un organismo funcional. El transcriptoma, estudiado mediante la transcriptómica, revela qué genes se convierten realmente en transcritos, así como qué ARN no codificantes están presentes, y puede dilucidar los efectos sobre el genoma o incluso sobre el proteoma y el metaboloma. El proteoma, estudiado a través de la proteómica, es el conjunto de proteínas que se han traducido a partir de los transcritos de ARN. Por último, el metaboloma, estudiado a través de la metabolómica, incluye todas las moléculas pequeñas presentes en un organismo en determinadas condiciones. Aunque cada una de estas moléculas puede influir en cualquiera de las otras, los factores ambientales, como los tratamientos terapéuticos, también pueden tener un impacto crítico en la expresión y regulación de los genes, el plegamiento de las proteínas y la función metabólica.

La información obtenida a partir de la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica, cuando se combina (lo que se denomina multiómica), proporciona un rompecabezas completo que explica los intrincados mecanismos reguladores y funcionales que subyacen a los organismos vivos. Piénselo así: otras técnicas ómicas -genómica, transcriptómica y proteómica- pueden identificar un árbol como manzano, e incluso qué tipo de manzana produce. Pero la metabolómica le informará sobre el perfil de sabor de la manzana, qué antioxidantes están presentes y en qué cantidad, y cómo han influido determinados patrones climáticos en esos antioxidantes. Esa información puede ser útil para que los agricultores decidan qué plantas cultivar en el futuro y cuáles podrían ser las mejores candidatas para su comercialización. En el contexto de la salud humana, la metabolómica puede ayudar a dilucidar los mecanismos moleculares que subyacen al desarrollo del cáncer (o de cualquier otra enfermedad), y por qué determinadas personas responden a tratamientos específicos y otras no^.2

¿Qué es un metabolito?

Los metabolitos son pequeñas moléculas de menos de 1,5 kDa de tamaño^.3 Los metabolitos, productos finales del metabolismo, tienen una amplia gama de funciones, como el apoyo al crecimiento celular, la defensa y la inhibición, y la estimulación. Incluyen aminoácidos, alcoholes, vitaminas, polioles, ácidos orgánicos y muchos otros tipos de moléculas, y a menudo son los componentes básicos de compuestos más grandes^.2 Identificar los metabolitos y cómo interactúan entre sí -y cómo cambian esas interacciones en determinadas condiciones- puede ayudar a descubrir y comprender cómo funcionan los organismos, por qué se desarrollan (o no) las enfermedades, por qué los tratamientos tienen éxito o no, y mucho más^.2

¿Qué es el metaboloma?

Mientras que el genoma representa la totalidad de la información genética codificada en el ADN y el transcriptoma todos los transcritos de ARN, por ejemplo, el metaboloma es el conjunto de todos los metabolitos presentes en un organismo. Los metabolomas son increíblemente fluidos y pueden cambiar drásticamente con las diferencias en el entorno exterior, como la disponibilidad de nutrientes, medicamentos, etc. Es importante destacar que el metaboloma no sólo incluye los metabolitos producidos de forma nativa por un organismo, sino también los metabolitos producidos por el microbioma que reside en y sobre ese organismo. Los metabolitos microbianos, por ejemplo, pueden influir significativamente en el metabolismo de los fármacos dentro del huésped e influir en la eficacia de medicamentos como la quimioterapia^.2

¿Qué es un genotipo?

El genotipo se refiere a los genes y el ADN de un individuo que determinan su fenotipo.

En otras palabras, es el "plano" de las características físicas de un organismo. El genotipo viene determinado por los genes heredados de los padres del organismo. El genotipo siempre está presente y, en última instancia, determinará el fenotipo. Por lo tanto, es importante conocer el genotipo de un organismo para predecir su fenotipo.

¿Qué es un fenotipo?

El fenotipo es el conjunto de características de un organismo determinadas por una combinación de genética y medio ambiente.

El término fenotipo incluye todas las características físicas y funcionales de un organismo, desde su morfología hasta su comportamiento. Muchos rasgos fenotípicos están determinados por un único gen, pero la mayoría son el resultado de la interacción de múltiples genes y el medio ambiente. El medio ambiente puede influir en los rasgos fenotípicos de muchas maneras, por ejemplo a través de la nutrición, la temperatura, las toxinas y el estrés. Por ello, fenotipo suele utilizarse como término general para referirse al aspecto y la función generales de un organismo, en lugar de referirse a un rasgo específico.

Referencias

1. Liu X, Locasale JW. Metabolomics: A Primer. Trends Biochem Sci. 2017;42(4):274-284. doi:10.1016/j.tibs.2017.01.004
2. Ashrafian H, Sounderajah V, Glen R, et al. Metabolómica: The Stethoscope for the Twenty-First Century. Med Princ Pract. 2021;30(4):301-310. doi:10.1159/000513545
3. Wishart DS, Tzur D, Knox C, et al. HMDB: la base de datos del metaboloma humano. Nucleic Acids Res. 2007;35(Database issue):D521-D526. doi:10.1093/nar/gkl923