Chapitre 1 - Métabolomique, métabolites et métabolome

Qu'est-ce que le métabolisme ?

Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques nécessaires au maintien de la vie dans les organismes. Les principaux objectifs du métabolisme sont les suivants : convertir la nourriture ou le carburant en énergie afin que les processus cellulaires puissent fonctionner ; convertir la nourriture en blocs de construction pour les protéines, les lipides, les acides nucléiques et les hydrates de carbone ; et éliminer les déchets métaboliques. Ces réactions catalysées par des enzymes permettent aux organismes de croître, de se reproduire, de maintenir leurs structures et de réagir à leur environnement.

Qu'est-ce que la métabolomique ?

La métabolomique est l'identification de petites molécules connues sous le nom de métabolites^.1 La métabolomique est un compagnon puissant des autres techniques omiques couramment utilisées : la génomique, la transcriptomique et la protéomique. Alors que ces techniques fournissent des informations sur le potentiel génétique et fonctionnel, la métabolomique va plus loin en fournissant des informations phénotypiques. Nos génomes, transcriptomes, protéomes et métabolomes n'existent pas dans le vide : ils ont un impact et sont influencés les uns par les autres ainsi que par l'environnement extérieur (figure 1).

Le génome, étudié par la génomique, fournit toutes les informations nécessaires à la création d'un organisme fonctionnel. Le transcriptome, étudié via la transcriptomique, révèle quels gènes sont effectivement transformés en transcrits ainsi que les ARN non codants présents et peut élucider les effets sur le génome ou même sur le protéome et le métabolome. Le protéome, étudié par la protéomique, est l'ensemble des protéines qui ont été traduites à partir des transcrits d'ARN. Enfin, le métabolome, étudié via la métabolomique, comprend toutes les petites molécules présentes dans un organisme dans certaines conditions. Si chacune de ces molécules peut influencer les autres, les facteurs environnementaux, tels que les traitements thérapeutiques, peuvent également avoir un impact critique sur l'expression et la régulation des gènes, le repliement des protéines et la fonction métabolique.

Les informations recueillies par la génomique, la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique, lorsqu'elles sont combinées (appelées multi-omiques), constituent un puzzle complet expliquant les mécanismes complexes de régulation et de fonctionnement des organismes vivants. Pensez-y de la manière suivante : les autres techniques omiques - génomique, transcriptomique et protéomique - permettent d'identifier un arbre comme étant un pommier, et même le type de pomme que l'arbre produit. Mais la métabolomique vous renseignera sur le profil gustatif de la pomme, sur les antioxydants présents et leur quantité, et sur l'influence des conditions météorologiques sur ces antioxydants. Ces informations peuvent être utiles aux agriculteurs pour décider quelles plantes sélectionner à l'avenir et quelles sont les meilleures candidates à la commercialisation. Dans le contexte de la santé humaine, la métabolomique peut aider à élucider les mécanismes moléculaires à l'origine du développement du cancer (ou de toute autre maladie) et à comprendre pourquoi certaines personnes réagissent à des traitements spécifiques et pas d'autres^.2

Qu'est-ce qu'un métabolite ?

Les métabolites sont de petites molécules dont la taille est inférieure à 1,5 kDa^.3 Produits finaux du métabolisme, les métabolites ont un large éventail de fonctions, notamment le soutien de la croissance cellulaire, la défense, l'inhibition et la stimulation. Ils comprennent des acides aminés, des alcools, des vitamines, des polyols, des acides organiques et de nombreux autres types de molécules, et sont souvent les éléments constitutifs de composés plus importants^.2 L'identification des métabolites et de la manière dont ils interagissent les uns avec les autres - et dont ces interactions changent dans certaines conditions - peut aider à découvrir et à comprendre le fonctionnement des organismes, les raisons pour lesquelles les maladies se développent (ou non), les raisons pour lesquelles les traitements réussissent ou non, et bien d'autres choses encore^.2

Qu'est-ce que le métabolome ?

Alors que le génome représente l'ensemble de l'information génétique codée dans l'ADN et le transcriptome l'ensemble des transcriptions de l'ARN, par exemple, le métabolome est la collection de tous les métabolites présents dans un organisme. Les métabolomes sont incroyablement fluides et peuvent changer radicalement en fonction des différences dans l'environnement extérieur, telles que la disponibilité des nutriments, les médicaments, etc. Il est important de noter que le métabolome ne comprend pas seulement les métabolites produits naturellement par un organisme, mais aussi les métabolites produits par le microbiome résidant dans et sur cet organisme. Les métabolites microbiens, par exemple, peuvent avoir un impact significatif sur le métabolisme des produits thérapeutiques à l'intérieur de l'hôte et peuvent influer sur l'efficacité de médicaments tels que la chimiothérapie^.2

Qu'est-ce qu'un génotype ?

Le génotype fait référence aux gènes et à l'ADN d'un individu qui déterminent son phénotype.

En d'autres termes, il s'agit du "plan" des caractéristiques physiques d'un organisme. Le génotype est déterminé par les gènes hérités des parents de l'organisme. Le génotype est toujours présent et détermine en fin de compte le phénotype. Il est donc important de connaître le génotype d'un organisme afin de prédire son phénotype.

Qu'est-ce qu'un phénotype ?

Le phénotype est l'ensemble des caractéristiques d'un organisme qui sont déterminées par la combinaison de la génétique et de l'environnement.

Le terme phénotype englobe toutes les caractéristiques physiques et fonctionnelles d'un organisme, de sa morphologie à son comportement. De nombreux traits phénotypiques sont déterminés par un seul gène, mais la plupart sont le résultat de l'interaction de plusieurs gènes et de l'environnement. L'environnement peut influencer les traits phénotypiques de nombreuses façons, notamment par la nutrition, la température, les toxines et le stress. Par conséquent, le phénotype est souvent utilisé comme un terme général pour désigner l'apparence et la fonction globales d'un organisme, plutôt que de se référer à un trait spécifique.

Références

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. Metabolomics : Le stéthoscope du XXIe siècle. Med Princ Pract. 2021;30(4):301-310. doi:10.1159/000513545
3. Wishart DS, Tzur D, Knox C, et al. HMDB : the Human Metabolome Database. Nucleic Acids Res. 2007;35(Database issue):D521-D526. doi:10.1093/nar/gkl923