Les solutions Metabolon et son approche centrée sur la chimie

Défis et solutions en métabolomique

La LC-MS est une méthode privilégiée pour mener des études métabolomiques en raison de sa grande sensibilité et de sa large couverture biochimique, et la métabolomique est reconnue pour sa capacité à fournir des informations phénotypiques approfondies allant au-delà des sciences omiques traditionnelles. Cependant, la métabolomique et les approches LC-MS traditionnelles posent certains défis susceptibles de limiter les enseignements tirés des données. Ces défis comprennent une couverture insuffisante des voies métaboliques, un manque d'identification fiable des métabolites et une interprétabilité insuffisante des données dans leur contexte spécifique.

La plateforme LC-MS Metabolonintègre des innovations stratégiques à l'approche analytique classique, ce qui permet de surmonter des limites majeures et d'offrir une couverture plus étendue, plus approfondie et plus précise que les technologies LC-MS traditionnelles. Ces innovations sont les suivantes :

• Quatre méthodes chromatographiques. Les échantillons sont soumis à quatre méthodes chromatographiques, chacune étant optimisée pour séparer les composés hydrophiles, hydrophobes, basiques et acides. Le recours à ces quatre méthodes chromatographiques permet d'obtenir une séparation et une couverture des composés de qualité supérieure et intègre des mécanismes de sécurité analytiques dans la méthode, de sorte que les composés présentant des caractéristiques chimiques similaires sont identifiés avec un maximum de fiabilité.
• Bibliothèque de référence biochimique. La bibliothèque Metabolonest la plus grande bibliothèque de référence commerciale au monde dans le domaine biochimique. Elle contient plus de 5 400 métabolites et intermédiaires métaboliques, dont la plupart ont atteint le niveau d’identification 1, qui correspond au plus haut niveau de confiance quant à l’identité d’un métabolite, car il confirme l’exactitude des propriétés chromatographiques, de masse et de fragmentation (figure 3). Bien que les bibliothèques de référence open source aient tendance à être plus volumineuses, les méthodes utilisées pour identifier leurs entrées ne sont pas divulguées, varient d'un utilisateur à l'autre et contiennent moins de données pour l'annotation des composés, ce qui laisse place à une incertitude quant à l'identité biochimique. En contenant le plus grand nombre de points de référence annotés avec précision, la bibliothèque Metabolonoffre une précision analytique supérieure à celle des autres plateformes LC-MS. 
• Logiciel d'acquisition de données. Le logiciel d'acquisition de données exclusif Metabolonpermet d'annoter rapidement et avec précision des milliers de composés biochimiques issus de plus de 70 voies métaboliques et de les mettre en correspondance avec les données issues de la littérature scientifique. Ces outils permettent également de fusionner les données métabolomiques issues de diverses études et d'intégrer les ensembles de données métabolomiques à d'autres ensembles de données omiques afin d'optimiser la compréhension biologique et l'interprétabilité.

Figure 3. Résumé des différents niveaux d'identification des métabolites. Le degré de certitude quant à l'identité d'un métabolite est défini par cinq niveaux classés en fonction des preuves analytiques étayant cette identité. Le niveau 1 correspond au degré de certitude le plus élevé, et la majorité des entrées biochimiques de la bibliothèque Metabolonont atteint ce niveau d'identification.

Dans les études de métabolomique globale recourant à la spectrométrie de masse, des dizaines à des centaines de milliers de signaux de spectrométrie de masse, souvent appelés « caractéristiques ioniques », sont détectés dans un seul échantillon. Dans l’approche traditionnelle de l’analyse des données, centrée sur les ions ou les caractéristiques, seules les caractéristiques ioniques statistiquement significatives sont identifiées à partir de l’ensemble complet de données comprenant plus de 100 000 caractéristiques (figure 4, panneau inférieur). Cela peut introduire des erreurs dans l'analyse des données, car dans un ensemble de données de cette taille, bon nombre des caractéristiques ioniques détectées sont redondantes et sans rapport avec l'hypothèse de l'étude. Le fait de conserver des caractéristiques redondantes dans l'ensemble de données peut fausser l'analyse statistique, et les caractéristiques non pertinentes ne font que brouiller l'interprétation des données, limitant ainsi la compréhension. De plus, distinguer les caractéristiques ioniques significatives du reste dans un ensemble de données aussi vaste est fastidieux et chronophage, et souvent mal effectué. Cela conduit à négliger les caractéristiques ioniques inchangées (les composés qui ne sont pas affectés par le protocole de l'étude) par manque de temps et entraîne une classification erronée de caractéristiques ioniques importantes, limitant encore davantage les informations exploitables et introduisant des données sources de confusion.

Pour relever ce défi, Metabolon l'approche « chemo-centrique », qui place le composé ou la substance biochimique au premier plan en s'appuyant sur la solide bibliothèque de référence biochimique Metabolon afin de prendre en compte de manière appropriée les caractéristiques ioniques parasites et redondantes du jeu de données avant de procéder aux analyses statistiques (figure 4, panneau supérieur). Le flux de travail chimio-centrique déconvolue les données sur les caractéristiques ioniques, ce qui permet d'identifier avec précision les composés (et non les caractéristiques) statistiquement significatifs, ainsi que les composés qui n'ont pas changé au cours de l'étude, tirant ainsi le maximum d'informations de l'ensemble de données. De plus, toutes les entrées de la bibliothèque de référence biochimique Metabolon sont identifiées par des numéros ChemID uniques, ce qui permet de comparer Metabolon entre différentes études. L'utilisation de bibliothèques de référence biochimiques open source entraîne une non-concordance généralisée des identifications de métabolites rapportées, ce qui limite la comparaison des données générées par des parties indépendantes.

Figure 4. Résumé de l'approche chimio-centrée Metabolon. La métabolomique globale identifie généralement des dizaines à des centaines de milliers de profils ioniques par échantillon. Metabolon l'approche consistant à identifier les composés et à prendre en compte les caractéristiques redondantes à l'aide d'une bibliothèque de référence standard authentique développée en interne (en haut). Contrairement à l'approche traditionnelle centrée sur les ions (en bas), cette bibliothèque permet une identification précise des composés sur la base de multiples critères, notamment le temps de rétention, la masse et les spectres de fragmentation. La vaste bibliothèque Metaboloncontient des informations sur les produits d'ionisation de nombreux composés, ce qui facilite leur élimination efficace du flux de données.

Les innovations évoquées ci-dessus, associées à l'approche centrée sur la chimie Metabolon, distinguent Metabolon de celles des autres prestataires de services en métabolomique.

Points à retenir de ce chapitre

• Metabolon mis au point des technologies, des méthodes et des outils d'analyse de données de pointe qui pallient bon nombre des limites des processus métabolomiques traditionnels.
• Ces outils confèrent Metabolon une qualité, une reproductibilité et une pertinence inégalées dans le secteur.

Grâce aux outils Metabolon, de nombreux chercheurs, cliniciens et professionnels du secteur ont fait des découvertes qui se sont avérées essentielles pour faire passer leurs projets à l'étape suivante. Au cours des trois prochains chapitres, nous aborderons des études phares qui illustrent comment cela a été réalisé. Nous espérons que le fait de voir la métabolomique à l'œuvre dans diverses disciplines scientifiques et divers secteurs inspirera vos propres projets de recherche.