ENGENHARIA METABÓLICA
 
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Metabolómica

 

Em semelhança com as restantes ciências “ómicas”, a metabolómica necessita de um auxílio da bioinformática para sistematização e avaliação dos dados pois baseia-se numa grande quantidade de informação do individuo analisado. Esta ómica não tem um método universal para analisar as substâncias de constituição química muito variada diferindo, assim, das outras “ómicas”.

Considerada como a ligação entre o potencial genético - genótipo – e o produto dos genes – fenótipo, a metabolómica analisa o metabolismo de cada organismo elucidando a função de cada gene e o relacionamento entre os genes. Assim sendo, apresenta-se como uma área de bastante interesse na investigação, nomeadamente na transformação genética uma vez que permite identificar, clonar e até caracterizar genes envolvidos na produção de certos metabolitos secundários.

A produção de compostos secundários é importante na medida em que estes são utilizados, cada vez mais, na cura de muitas doenças. Este é um dos objectos de estudo da engenharia metabólica no sentido de engrandecer a produção de metabolitos secundários in vitro reduzindo os custos de produção e aumentando a viabilidade da produção de novos compostos. Num futuro próximo pensa-se criar plantas que metabolizem drogas para combater o cancro.

Uma das vantagens da metabolómica é a extracção de imensas substâncias activas da matriz de uma planta em muito pouco tempo sendo que a identificação e quantificação desses metabolitos é feita por métodos cromatográficos, espectrometria de massa e RMN.

 

Metaboloma

Metaboloma é definido como o conjunto de todos os metabolitos que são produzidos e/ou modificados por um organismo (Figura 1). A Metabolómica é uma área da ciência responsável pela análise do metaboloma.
 

Figura 1 – O surgimento da metabolómica.

Esta área da ciência surge como resposta a alterações nos níveis de RNAm que nem sempre resultavam em alterações dos níveis de proteínas e, como tal, s alterações observadas no transcriptoma e no proteoma nem sempre correspondiam a alterações fenotípicas. Para compreender melhor esse facto é importante abordar o modo de funcionamento do metabolismo celular (Figura 2).


Figura 2
– Pontos de regulação do metabolismo celular. 

A informação que é codificada no DNA é posteriormente transcrita em uma molécula de RNAm. Durante o processo de tradução, esta molécula de RNAm é traduzida em uma proteína que catalisa uma ou mais reacções dentro e fora da célula sendo, assim, responsável pela transformação de pequenas moléculas químicas, os metabolitos. Estes metabolitos regulam a actividade das proteínas, intervêm nos processos de transcrição e tradução e são o produto final do metabolismo celular. Assim sendo, o nível de metabolitos representa uma informação integrativa da função celular a nível molecular sendo possível definir o fenótipo de uma célula ou tecido em resposta a alterações ambientais ou genéticas.

Podemos concluir que o metaboloma de uma célula ou tecido tem capacidade de responder rapidamente a qualquer alteração ambiental e/ou genética e até é capaz de caracterizar mutações silenciosas. Sendo assim, a identificação do nível de metabolitos é importante na determinação da função génica pois a alteração de um único metabolito resulta na alteração do nível de diversos metabolitos que estão relacionados com esse mesmo metabolito.

 

Características e defeitos da Metabolómica

Visto que o metabolismo celular é integrado, são vários os metabolitos que participam em diversas reacções bioquímicas diferentes, os dados metabolómicos são de difícil compreensão. Tal facto associado à complexidade química e à variação da concentração dificulta a análise global do metaboloma de uma célula. Em consequência disto, têm sido associadas várias técnicas de preparações de amostras a diferentes técnicas analíticas como o objectivo de tornar essa análise mais acessível.

 

Análise do metaboloma

A análise do conjunto de metabolitos envolve uma determinação dos níveis dos compostos químicos, de baixa massa molar, que estejam fora ou dentro das células. Para tal podemos ter a análise direccionada ou o perfil metabólico. A análise direccionada é utilizada para a determinação de um grupo de metabolitos pré-definidos e permite o estudo primário de uma alteração genética enquanto que o perfil metabólico refere-se ao conjunto de todos os metabolitos ou produtos derivados dos mesmos que sejam determináveis e permite o estudo da alteração de uma via metabólica através da intersecção das vias metabólicas. O perfil metabólico pode ser subdivido em fingerprinting metabólico, refere-se a perfil de metabolitos intracelulares, e footprinting metabólico, refere-se a perfil de metabolitos extracelulares.

Uma etapa determinante na análise do metaboloma é a preparação das amostras (Figura 3).
 

Figura 3 – Esquema representativo da preparação das amostras.

Para preparar uma amostra começasse por fazer uma interrupção do metabolismo celular seguido da separação da biomassa do meio extracelular. Posteriormente faz-se a extracção dos metabolitos intracelulares para torná-los acessíveis às técnicas analíticas. As amostras com metabolitos intracelulares são muito diluídas e, como tal, por fim, faz-se uma concentração da amostra.

Depois da preparação da amostra os metabolitos podem ser detectados e analisados por espectrometria de massa (MS) ou ressonância magnética nuclear (RMN).

 

Aplicações das análises metabolómicas

A metabolómica foi criada e idealizada para ser usada como uma ferramenta na determinação génica. Assim sendo, esta é umas das aplicações das análises metabolómicas pois, através da avaliação dos níveis de metabolitos, é possível a determinação da função génica em células e tecidos.

O metaboloma tem sido de grande importância na caracterização das mutações silenciosas, pois o organismo tem, provavelmente, a capacidade de contornar os efeitos prejudiciais do gene mutado não só através da activação de genes silenciosos mas também através da redundância na família do gene mutado. Tal facto é traduzido numa expressão de enzimas com diversas isoformas. Visto que estas isoformas não podem ser diferenciadas através da actividade enzimática, a metabolómica assume um papel fundamental na caracterização funcional dos genes silenciosos que só são activados aquando da delecção ou mutação de outros genes. Para tal é essencial o conhecimento das vias metabólicas na interpretação dos dados metabolómicos pois uma alteração de um metabolito provocará uma alteração dos níveis de diversos metabolitos uma vez que estes se encontram numa rede metabólica que quando é alterada resulta numa amplificação da alteração genética.

Uma outra aplicação das análises metabolómicas é o melhoramento das linhagens por engenharia metabólica. Sendo esta uma área consagrada da Biotecnologia, permite o melhoramento dirigido das propriedades de um organismo através da tecnologia de DNA recombinante.

Por fim, as análises metabolómicas podem ser aplicadas no controle da qualidade dos OGM (organismos geneticamente modificados). As análises dos metabolitos de vegetais permitem realizar um minucioso controle de qualidade dos alimentos consumidos diariamente.

 
   
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Owners: Cecília Duarte e Sónia Cardoso  
 
Disciplina de Biotecnologia
3º Ano Bioquímica
 
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