APPLICATIONS | ÉPIDÉMIOLOGIE
Épidémiologie Métabolomique
Explorez l'intersection de la métabolomique et de l'épidémiologie pour décoder le schéma moléculaire du corps et transformer la santé de la population.
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Webinaire à la demande : La métabolomique non ciblée dans la recherche sur la santé des populations à grande cohorte
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La métabolomique dans la recherche épidémiologique
Les études épidémiologiques s'appuient largement sur les données génomiques humaines issues de grandes cohortes pour prédire les associations génétiques d'une maladie donnée. Cependant, la génomique seule pose souvent plus de questions qu'elle n'apporte de réponses, en particulier lorsque plusieurs gènes contribuent au phénotype d'une maladie (maladies polygéniques) et qu'il est difficile d'établir des signatures génétiques claires.En outre, la génomique ne tient pas compte des facteurs environnementaux (alimentation, mode de vie, microbiome, etc.) des individus ou des populations, qui contribuent grandement au risque de maladie, à la présentation des symptômes et aux résultats des soins de santé. En outre, l'un des défis auxquels sont confrontés les chercheurs en santé des populations est la capacité à collecter des échantillons de patients de manière cohérente et fiable, ce qui ralentit souvent, voire empêche, la réalisation d'études sur la santé des populations.
Mieux comprendre les maladies grâce à la métabolomique
Les données métabolomiques sont une lecture du phénotype fonctionnel.Ainsi, la combinaison de la métabolomique et de la génomique permet de saisir le résultat des racines génétiques et des facteurs environnementaux qui conduisent à la maladie dans une population étudiée.La métabolomique peut soutenir la recherche épidémiologique en mesurant les changements dans les niveaux de métabolites à partir d'une série d'échantillons biologiques, y compris le sang, l'urine, les fèces et les tissus, qui peuvent ensuite être mis en correspondance avec les voies biochimiques appropriées. Elles peuvent ensuite guider la réanalyse des données génomiques afin d'identifier d'autres gènes contribuant au phénotype, et favoriser une compréhension mécaniste et fonctionnelle de la biologie de la maladie. De cette manière, la métabolomique peut fournir aux chercheurs et aux cliniciens une compréhension plus complète de la manière dont les gènes, le microbiome, l'alimentation, le mode de vie et les traitements influencent la santé et la maladie chez les individus et les populations.
Découvrir des informations fonctionnelles et exploitables grâce à la métabolomique
Pour comprendre pleinement la santé et la maladie chez les individus et les populations, nous devons comprendre comment les gènes et l'environnement interagissent pour influencer la maladie et les résultats de santé. Metabolon peut aider les chercheurs à combler des lacunes cruciales en matière de connaissances en fournissant le phénotype fonctionnel, qui peut ensuite être combiné avec des données génétiques et autres pour comprendre pleinement le risque de maladie, la présentation et l'issue de la maladie.
Des méthodes d'échantillonnage fiables
Metabolon a validé l'utilisation d'autres méthodes d'échantillonnage pour l'analyse métabolomique afin de répondre aux besoins de la recherche métabolomique à grande échelle. Par exemple, bien que 150 µl de produit sanguin (entier, plasma, sérum) soient idéaux pour effectuer des analyses métabolomiques non ciblées sur notre Global Discovery Panelles cartes de taches de sang séché (DBS) Metabolon et les dispositifs de micro-échantillonnage Neoteryx permettent non seulement de collecter des échantillons plus facilement, mais requièrent également un volume beaucoup plus faible pour être testés afin d'obtenir des changements métaboliques cohérents et fiables. En outre, grâce à notre collaboration avec DNA Genoteknous avons validé la stabilité métabolomique de la collecte et du stockage temporaires à température ambiante en utilisant le dispositif OMNImet®-GUT pour la collecte d'échantillons de selles en clinique ou à domicile. Cela élargit considérablement l'accessibilité de la métabolomique pour les échantillons de selles du microbiome intestinal de l'intestin. Ces nouvelles méthodes d'échantillonnage pour la recherche métabolomique offrent une solution peu coûteuse et efficace pour relever le défi de la collecte d'échantillons dans les études de santé publique à grande échelle.
De Bruin OM, Freinkman E, Breton H, et al. OMNImet®-GUT permet la collecte à domicile et le transport à température ambiante d'échantillons fécaux pour la métabolomique. 2020.PD-WP-00066.pdf (dnagenotek.com)
DienerC, Dai CL, Wilmanski T. et al. Genome-microbiome interplay provides insight into the determinants of the human blood metabolome. Nat Metab. 2022 ; 4 : 560-1572 (2022). doi:10.1038/s42255-022-00670-1
Découverte complète de biomarqueurs
La métabolomique permet d'identifier un large éventail de petites molécules (métabolites) dans les échantillons biologiques. Cette approche globale permet de découvrir de nouveaux biomarqueurs associés à divers états de santé. Ces biomarqueurs peuvent être utilisés pour la détection précoce des maladies, l'évaluation des risques et le suivi de l'état de santé des populations. L'identification de métabolites spécifiques liés à des maladies ou à des tendances en matière de santé peut permettre des interventions ciblées et des approches de médecine personnalisée. Par exemple, des chercheurs ont effectué une analyse approfondie des lipides circulants chez des patients souffrant d'une maladie grave à la suite d'un traumatisme, observant une lipogenèse tardive et sélective chez les patients qui restaient gravement malades. Les phosphatidyléthanolamines, en particulier, sont restées élevées chez les patients souffrant d'une maladie grave persistante, ce qui suggère qu'une augmentation des niveaux systémiques de PE pourrait servir de biomarqueur pronostique pour la maladie grave.
Wu J, Cyr A, Gruen DS, et al. Les signatures lipidomiques s'alignent sur les schémas inflammatoires et les résultats dans les maladies graves. Nat Commun. 2022;13(1):6789. doi : 10.1038/s41467-022-34420-4
Médecine personnalisée et de précision
La métabolomique peut contribuer à l'avancement de la médecine personnalisée et de précision. En analysant le profil métabolomique d'un individu, les prestataires de soins de santé peuvent adapter les traitements et les interventions à ses caractéristiques métaboliques uniques. Dans le cadre de la recherche sur la santé des populations, cette approche peut être étendue pour identifier des sous-populations présentant des signatures métaboliques spécifiques, ce qui permet de cibler les interventions et les stratégies de soins de santé. Cette approche personnalisée peut conduire à une prestation de soins de santé plus efficace et à de meilleurs résultats pour les individus au sein d'une population. Par exemple, l'étude Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) du NHLBI a associé des métabolites à des gènes dans des populations multiethniques afin de comprendre les maladies humaines.
Feofanova EV, Brown MR, Alkis T, et al. Whole-Genome Sequencing Analysis of Human Metabolome in Multi-Ethnic Populations. Nat Commun. 2023;14(1):3111. doi:10.1038/s41467-023-38800-2
"Nous avons constaté que les variantes génétiques qui régulent les niveaux de métabolites étaient plus susceptibles d'influencer l'expression des gènes et le risque de maladie que celles qui ne le font pas.
Yin X, Bose D, Kown A et al.
L'intégration de la transcriptomique, de la métabolomique et de l'étude d'association pangénomique permet de révéler les mécanismes moléculaires des niveaux de métabolites et du risque de maladie. Am J Hum Genet. 2022;109(10):1727-1741. doi : 10.1016/j.ajhg.2022.08.007
Applications de la métabolomique à l'épidémiologie
Validation des méthodes d'échantillonnage
Découverte de biomarqueurs
Évaluation du risque de maladie
Détection précoce de la maladie
Suivi des résultats en matière de santé
Recherche en médecine personnalisée
Identification des associations gène-métabolite
Stratégies de santé de la population
Recherche en médecine de précision
Validation des méthodes d'échantillonnage
Découverte de biomarqueurs
Évaluation du risque de maladie
Détection précoce de la maladie
Suivi des résultats en matière de santé
Recherche en médecine personnalisée
Identification des associations gène-métabolite
Stratégies de santé de la population
Recherche en médecine de précision
ÉTUDE DE CAS
La métabolomique au service de l'épidémiologie
L'étude de cohorte IMPACC, qui porte sur plus de 1 000 patients COVID-19 hospitalisés, utilise une approche multiomique complète pour étudier la dynamique des infections aiguës. Cette analyse approfondie, qui englobe plus de 15 000 échantillons longitudinaux provenant de 540 participants, utilise 14 tests distincts dans diverses disciplines omiques. La métabolomique joue notamment un rôle central dans ce cadre multiomique, en se concentrant sur l'analyse des métabolites et des lipides dans les échantillons de sang. Dans les 72 heures suivant l'admission à l'hôpital, des analyses impartiales identifient des signatures cellulaires et moléculaires distinctes qui permettent de différencier les cas modérés et les cas graves/mortels de COVID-19. La métabolomique, intégrée à d'autres techniques omiques, permet une compréhension globale des réponses immunitaires de l'hôte et des altérations moléculaires associées aux différentes trajectoires de la maladie, offrant ainsi des informations précieuses pour le pronostic clinique et les interventions thérapeutiques potentielles.
Figure 1. Association des modules métabolomiques plasmatiques avec les groupes de trajectoires cliniques. Pour chaque diagramme en boîte, la ligne verticale indique la médiane, la boîte indique l'intervalle interquartile et les moustaches indiquent 1,5 fois l'intervalle interquartile.
La contribution de la métabolomique dans cette étude enrichit l'approche multiomique en approfondissant la réponse métabolique de l'hôte à l'infection par le SRAS-CoV-2. Grâce à l'analyse des métabolites et des lipides dans les échantillons de sang, les chercheurs ont identifié des changements métaboliques spécifiques associés à la gravité de la maladie. L'accent mis sur la métabolomique renforce la profondeur et l'exhaustivité de l'étude, permettant une exploration nuancée de l'interaction complexe entre les processus métaboliques et la réponse immunitaire au cours de l'infection aiguë par COVID-19. En intégrant la métabolomique à d'autres techniques omiques, l'étude ne met pas seulement en évidence l'importance des altérations métaboliques dans la détermination des résultats cliniques, mais fournit également une vision plus complète de la dynamique moléculaire qui sous-tend l'hétérogénéité observée dans les cas de COVID-19.
Diray-Arce J, Fourati S, Doni Jayavelu N, et al. Une étude longitudinale multi-omique révèle des corrélats immunitaires de l'évolution clinique chez les patients COVID-19 hospitalisés. Cell Rep Med. 2023;4(6):101079. doi:10.1016/j.xcrm.2023.101079
Publications et citations en épidémiologie
Metabolon a largement contribué à des publications allant de la recherche fondamentale aux essais cliniques.
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