Экзометаболомика - Exometabolomics

Сұйық дақылдан жасалған экзометаболомиялық эксперименттің үлгісі LC – MS (A), және агар тәрелкелерінен, үшін MSI (B).

Экзометаболомика, «метаболикалық іздер» деп те аталады,[1][2] жасушадан тыс метаболиттерді зерттеу болып табылады және метаболомика.[3]

Сонымен метаболиттерді профильдеу үшін қолданылатын аналитикалық тәсілдер экзометаболомикаға, оның ішінде қолданылады сұйық-хроматографиялық масс-спектрометрия (LC-MS), ядролық магниттік резонанс (NMR) және газ хроматографиясы - масс-спектрометрия (GC-MS), экзометаболиттердің анализі нақты қиындықтарды ұсынады және көбінесе экзогендік метаболит бассейндерінің биологиялық жүйелермен өзгеруін зерттеуге бағытталған.[3] Әдетте, бұл эксперименттер метаболиттерді екі немесе одан да көп уақыт нүктелерінде салыстыру арқылы жүзеге асырылады, мысалы, егілмеген / басқарылатын дақылдарды тасымалдауға қарсы; бұл тәсіл жабайы типтегі ашытқы физиологиялық күйін және ашытқы мутанттарының арасындағы айырмашылықты анықтай алады.[1] Көптеген жағдайларда экзометаболит (жасушадан тыс ) бассейн эндометаболитке қарағанда динамикалық емес (жасушаішілік ) бассейндер (сынаманы өңдеу кезінде жиі мазалайды) және химиялық анықталған орта қолдануға болады, бұл метаболомиканың кейбір тәжірибелік қиындықтарын азайтады.[4]

Экзометаболомика сонымен бірге қосымша құрал ретінде қолданылады геномдық, транскриптомдық[5] және протеомды мәліметтер, гендер мен жолдардың қызметі туралы түсінік алу. Сонымен қатар, экзометаболомиканы организм тұтынатын немесе шығаратын полярлы молекулаларды өлшеу үшін және өлшеу үшін қолдануға болады. екінші метаболит өндіріс.[6][7]

Тарих

Жасушадан тыс метаболиттерді зерттеу ғылыми әдебиеттерде басым болды.[8][9][10] Алайда, экзометаболиттің жаһандық профилін жақсартуға мүмкіндік беретін соңғы жетістіктер ғана жүзеге асырды хроматографиялық 2000-шы жылдардың ортасына қарай жүзден мыңға дейін қосылыстарды бөлу және анықтау.[7] Экзометаболит бассейндерін салыстырмалы түрде профильдеудің биологиялық өзектілігін көрсететін алғашқы жұмыс 2003 жылы ғана болды, ол кезде «метаболит іздері» терминін Джесс Аллен және оның әріптестері шығарған болатын.[1][7] Бұл жұмыс қоғамдастықтың үлкен қызығушылығын тудырды, әсіресе сипаттама беру үшін микробтық метаболизм.[2] Экзометаболит бассейнінің компоненттерін қамтитын «экзометаболома» идеясы 2005 жылға дейін енгізілген жоқ.[11]

Соңғы жетістіктер масс-спектрометриялық бейнелеу бөлінген метаболиттердің кеңістіктік локализациясына мүмкіндік берді.[12] Микробиология саласы барған сайын орталықтанған сайын микробтық қауымдастық құрылымы, экзометаболомика екі немесе одан да көп түрдің метаболикалық өзара әрекеттесуін тез түсінуге мүмкіндік берді.[13] Жақында экзометаболомика бірлескен мәдени жүйелерді жобалауда қолданылады.[14] Себебі жасушадан тыс метаболиттерді талдау болжау мен анықтауға мүмкіндік береді метаболиттер алмасуы, экзометаболомика анализін қоғамдастықты түсіну үшін пайдалануға болады экологиялық желілер.[15]

Аналитикалық технологиялар

Негізінде метаболомика үшін қолданылатын кез-келген технологияларды экзометаболомика үшін қолдануға болады. Алайда, сұйық хроматография - масс-спектрометрия (LC-MS) ең көп қолданылған.[3] Әдеттегі метаболомикалық өлшеулер сияқты метаболиттер нақты массалармен, ұстау уақытына және олардың MS / MS фрагментациясының заңдылықтарына сәйкес анықталады. Әдетте қолданылатын хроматография гидрофильді өзара әрекеттесу сұйықтық хроматографиясы полярлық метаболиттерді өлшеу үшін,[16] немесе полярлы емес қосылыстарды, липидтерді және екінші метаболиттерді өлшеуге арналған кері фазалы (С18) хроматография.[17] Газды хроматография - масс-спектрометрия сонымен қатар қанттарды және басқа көмірсуларды өлшеу үшін және толық метаболизм профилдерін алу үшін қолдануға болады.[18]

LC-MS метаболиттердің оқшаулануы туралы кеңістіктік деректер бермегендіктен, оларды толықтыруға болады масс-спектрометриялық бейнелеу (MSI).[3]

Қолданбалар

Экзометаболомиялық әдістер келесі салаларда қолданылған:

Функционалды геномика

Белгісіз гендердің қызметін түсіндіруге арналған метаболиттерді қолдану.[19]

Биоэнергия

Лигноцеллюлозалық шикізатты зерттеу кезінде.[20]

Ауыл шаруашылығы және азық-түлік

Экзометаболиттердің қалай әсер ететіндігін анықтау үшін өсімдік тамырларының экзометаболиттеріне сипаттама Ризобактериялардың өсуіне ықпал ететін өсімдіктер.[21]

Ашытқы штамдарын идентификациялау үшін ашытқы штамдарының метаболикалық ізі, ашыту өнімділігі мен шарап құрамындағы оң қасиеттерді жақсарту үшін оңтайлы.[22]

Денсаулық

Метаболизм ізі бар сау және қатерлі ісік жасушаларын саралау.[23]

Аяқ ізі, басқа әдістермен бірге, эпидемия мен штамм сипаттамаларын ерте тану үшін.[24]

Қартаюды зерттеу C. elegans экзометаболомика.[25]

Қарапайым паразиттің жасушаішілік патогенді механизмін бағалау үшін жасушадан тыс метаболитті талдау.[26]

Көміртекті айналымды талдау

Көміртекті ғаламдық фиксациялау, фитопланктон / динофлаггелаттың өзара әрекеттесуі және экзометаболомика.[27]

Микробтық қауымдастықтар

Өзара әрекеттесуі E. coli экзометаболиттер C. elegans өмірге әсер етеді.[28]

Сүт жүйелеріндегі бактериялар мен ашытқылар.[13]

Биоремедиация

Метаболикалық тауашаларды бөлу

2010 жылы цианобактериялардың экзометаболомиялық анализі, Synechococcus sp. Баранның PCC 7002, т.б. бұл фотоавтотроф экзогендік метаболиттердің әртүрлі пулын сарқылуы мүмкін екенін анықтады.[29] Колорадо үстіртіндегі шөлді топырақтарда цианобактериялары бар қауымдастықтарда болатын топырақтың биологиялық қыртысынан болатын симпатикалық микробтық изоляттарға жүргізілген экзометаболомиканың кейінгі зерттеулері метаболиттік тауашалық бөлу осы қауымдастықтарда бар, әр изолят тек 13-26% құрайды топырақтан метаболиттер [30]

Екінші метаболиттер

Саңырауқұлаққа қарсы заттардың әсер ету режимін анықтауға арналған метаболикалық іздер[31]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б c Аллен, Джесс (2003). «Метаболизмдік іздерді қолдану арқылы функционалды геномикаға арналған ашытқы мутанттарының жоғары өткізу қабілеттілігі». Табиғи биотехнология. 21 (6): 692–696. дои:10.1038 / nbt823. PMID  12740584. S2CID  15800623.
  2. ^ а б Мапелли, Валерия; Олссон, Лисбет; Нильсен, Дженс (2008-09-01). «Микробиологиядағы метаболикалық іздер: функционалды геномика мен биотехнологиядағы әдістер мен қолдану». Биотехнологияның тенденциялары. 26 (9): 490–497. дои:10.1016 / j.tibtech.2008.05.008. ISSN  0167-7799. PMID  18675480.
  3. ^ а б c г. Силва, Лесли; Нортен, Трент (2015). «Экзометаболомика және MSI: жасушалардың өздерінің кішігірім молекулаларын айналдыру үшін өзара әрекеттесуін анықтау». Биотехнологиядағы қазіргі пікір. 34: 209–216. дои:10.1016 / j.copbio.2015.03.015. PMID  25855407.
  4. ^ Куперловик-Кулф, Мирослава (2014). «Жануарлар жасушасын өсірудегі метаболомика». Әл-Рубаида М. (ред.) Жануарлардың жасушалық мәдениеті. Springer International Publishing. б. 628. ISBN  978-3-319-10320-4.
  5. ^ Розсув, Дебра; Næs, Tormod; Бауэр, Флориан Ф. (2008-01-01). «Гендердің реттелуін және экзометаболомды байланыстыру: ашытқыдағы ұшпа хош иісті қосылыстардың өндірісіне әсер ететін гендерді анықтауға арналған салыстырмалы транскриптоматикалық тәсіл». BMC Genomics. 9: 530. дои:10.1186/1471-2164-9-530. ISSN  1471-2164. PMC  2585593. PMID  18990252.
  6. ^ Чумнанпуэн, Прамоте (2014). «Динамикалық метаболикалық іздер ашытқыдағы сахаромицеттердің метаболикалық желісінің негізгі компоненттерін ашады». Халықаралық геномика журналы. 2014: 894296. дои:10.1155/2014/894296. PMC  3926413. PMID  24616891.
  7. ^ а б c Келл, Дуглас Б .; Браун, Мари; Дейви, Хейзел М .; Данн, Уорвик Б .; Spasic, Irena; Оливер, Стивен Г. (2005-07-01). «Метаболикалық іздер және жүйелік биология: орта - бұл хабарлама». Микробиологияның табиғаты туралы шолулар. 3 (7): 557–565. дои:10.1038 / nrmicro1177. ISSN  1740-1526. PMID  15953932. S2CID  18217591.
  8. ^ Вавилова, Н.А .; Устинова, М.В .; Воинова, Т.М .; Степаниченко, Н. Н.; Тен, Л.Н .; Мұхамеджанов, С.З .; Джавахия, В.Г. (1988-07-01). «Күріш жарылысының қоздырғышының поликетидті экзометаболиттері және олардың патогенездегі рөлі». Табиғи қосылыстар химиясы. 24 (4): 487–491. дои:10.1007 / BF00598539. ISSN  0009-3130. S2CID  13766961.
  9. ^ Тамбиев, А.Х .; Шелястина, Н. Н .; Кирикова, Н. Н. (1989-01-01). «Теңіз микробалдырларының екі түрінен алынған липидтік табиғаттың экзометаболиттері». Функционалды экология. 3 (2): 245–247. дои:10.2307/2389307. JSTOR  2389307.
  10. ^ Баденох-Джонс, Джейн; Шақыру, Р.Е .; Джорджевич, М.А .; Шайн, Дж .; Летхэм, Д.С .; Рольф, Б.Г. (1982-08-01). «Индол-3-сірке қышқылын ризобиум өсіру супернатандарындағы жаппай спектрометриялық мөлшерлеу: тамыр шаштарын бұйралауға және түйіндерді бастауға қатысты». Қолданбалы және қоршаған орта микробиологиясы. 44 (2): 275–280. дои:10.1128 / AEM.44.2.275-280.1982. ISSN  0099-2240. PMC  242007. PMID  16346073.
  11. ^ Нильсен, Дженс; Оливер, Стивен (2005-11-01). «Метаболомдық анализдегі келесі толқын». Биотехнологияның тенденциялары. 23 (11): 544–546. дои:10.1016 / j.tibtech.2005.08.005. ISSN  0167-7799. PMID  16154652.
  12. ^ Луи, Кэтрин Б .; Боуэн, Бенджамин П .; Ченг, Сяолян; Берлеман, Джеймс Э .; Чакраборти, Роми; Дойчбауэр, Адам; Аркин, Адам; Нортен, Трент Р. (2013-11-19). «"Реплика-экстракция-трансфер «Наноқұрылым-инициатор масс-спектрометрия акустикалық басып шығарылған бактерияларды бейнелеу». Аналитикалық химия. 85 (22): 10856–10862. дои:10.1021 / ac402240q. ISSN  0003-2700. PMID  24111681.
  13. ^ а б Оноре, Андерс Х .; Торсен, Майкл; Сков, Томас (2013-08-18). «Сұйық хроматография - сүт және пропион қышқылы бактерияларының қосалқы дақылдарының метаболикалық іздерін іздеуге арналған масс-спектрометрия». Аналитикалық және биоаналитикалық химия. 405 (25): 8151–8170. дои:10.1007 / s00216-013-7269-3. ISSN  1618-2642. PMID  23954995. S2CID  21031529.
  14. ^ Косина, Сюзанна М .; Даниэлевич, Меган А .; Мұхаммед, Муджахид; Рэй, Джаяшри; Сух, Юми; Йылмаз, Сюзан; Сингх, Ануп К .; Аркин, Адам П .; Дойчбауэр, Адам М. (2016-02-17). «Экзометаболомика көмегімен синтетикалық міндеттелген мутаализмді жобалау және растау». АБЖ синтетикалық биология. 5 (7): 569–576. дои:10.1021 / acssynbio.5b00236. PMID  26885935.
  15. ^ Фейст, Адам М .; Эрргард, Маркус Дж. (2008). «Микроорганизмдердегі биохимиялық желілерді қалпына келтіру». Микробиологияның табиғаты туралы шолулар. 7 (2): 129–143. дои:10.1038 / nrmicro1949. PMC  3119670. PMID  19116616.
  16. ^ Макнамара, Л. Сьостром, Т .; Момын, Р.М.Д .; Oreffo, R. O. C .; Су, Б .; Далби, М. Дж.; Бержесс, K. E. V. (2012). «Метаболомика: регенеративті медицинада дің жасушаларын бақылаудың құнды құралы». Корольдік қоғам интерфейсінің журналы. 9 (73): 1713–1724. дои:10.1098 / rsif.2012.0169. PMC  3385772. PMID  22628210.
  17. ^ Гао, Пенг; Сю, Гуванг (2014). «Масс-спектрометрияға негізделген микробтық метаболомика: соңғы дамулар және қолдану». Анал биоанальды химия. 407 (3): 669–680. дои:10.1007 / s00216-014-8127-7. PMID  25216964. S2CID  30421756.
  18. ^ Сью Т .; Оболонкин, В .; Гриффитс, Х .; Villas-Boas, S. G. (2011). «Метаболиттік ізді талдау арқылы микроалгалды ашыту процестеріндегі микробтардың ластануын бақылаудың экзометаболомиялық әдісі». Қолданбалы және қоршаған орта микробиологиясы. 77 (21): 7605–7610. дои:10.1128 / aem.00469-11. PMC  3209156. PMID  21890679.
  19. ^ Баран, Ричард; Боуэн, Бенджамин П .; Бағасы, Морган Н .; Аркин, Адам П .; Дойчбауэр, Адам М .; Нортен, Трент Р. (2013-01-18). «Мутантты кітапханалардың метаболиттік іздерін генотипке дейін метаболитпен пайдалануды бейнелеу». АБЖ Химиялық биология. 8 (1): 189–199. дои:10.1021 / cb300477w. ISSN  1554-8929. PMID  23082955.
  20. ^ Чжа, Ин; Пант, Питер Дж. (2013-02-11). «Лигноцеллюлозалық биомассаны ашыту шикізаты ретінде қолдануды зерттеудегі экзометаболомика тәсілдері». Метаболиттер. 3 (1): 119–143. дои:10.3390 / metabo3010119. PMC  3901257. PMID  24957893.
  21. ^ Кравченко, Л.В .; Азарова, Т. С .; Леонова-Эрко, Е. И .; Шапошников, А.И .; Макарова, Н.М .; Тихонович, I. А. (2003-01-01). «Томат өсімдіктерінің тамыр экссудаттары және олардың псевдомонас штамдарының өсуі мен саңырауқұлаққа қарсы белсенділігіне әсері». Микробиология. 72 (1): 37–41. дои:10.1023 / A: 1022269821379. ISSN  0026-2617. S2CID  6321050.
  22. ^ Рихтер, Чандра Л .; Данн, Барбара; Шерлок, Гэвин; Pugh, Tom (2013-06-01). «Шардонай ашытуында көптеген шараптық ашытқы штаммдарының салыстырмалы метаболикалық іздері». FEMS ашытқыларын зерттеу. 13 (4): 394–410. дои:10.1111/1567-1364.12046. ISSN  1567-1364. PMID  23528123.
  23. ^ Пасиканти, Кишор Кумар; Норасмара, Джувита; Цай, Широнг; Махендран, Рата; Есуваратанхан, Кесаван; Хо, Пол С .; Чан, Эрик Чун Ён (2010-08-05). «Екі өлшемді газды хроматографияны қолданып, ұшу уақытындағы масс-спектрометрияны қолданып, тумигогенді және нонуморигенді емес уроэпителий жасушаларының метаболикалық іздері». Аналитикалық және биоаналитикалық химия. 398 (3): 1285–1293. дои:10.1007 / s00216-010-4055-3. ISSN  1618-2642. PMID  20686754. S2CID  10422166.
  24. ^ Келвин К. В.; Фунг, Ами М. Й .; Тенг, Джейд Л. Л.; Куррием, Ширли О. Т .; Ли, Ким-Чун; Юэн, Квок-Юнг; Лам, Чинг-Ван; Лау, Сюзанна К. П .; Woo, Патрик C. Y. (2012-11-07). «Фенотиптік сынақтармен сипатталатын цукамурелла псевдо-эпидемиясы, 16S рРНҚ тізбектелуі, импульсті өрісті гель электрофорезі және метаболикалық іздер». Клиникалық микробиология журналы. 51 (1): JCM.02845–12. дои:10.1128 / JCM.02845-12. ISSN  0095-1137. PMC  3536211. PMID  23135942.
  25. ^ Мишур, Роберт Дж.; Батлер, ДжеффриА .; Реа, ШейнЛ. (2013-01-01). Tollefsbol, Trygve O. (ред.). Экзометаболомиялық карта ценорхабдита картасының картасы: қартаюды инвазивті емес зерттеу құралы. Молекулалық биологиядағы әдістер. 1048. Humana Press. 195–213 бб. дои:10.1007/978-1-62703-556-9_15. ISBN  9781627035552. PMID  23929107.
  26. ^ Элшейха, Ханий М; Алкураши, Мамдоу; Конг, Кенни; Чжу, Син-Цюань (2014-06-28). «In vitro Neospora caninum жұқтырған ми эндотелийінің жасушадан тыс метаболиттерінің метаболикалық іздері». BMC зерттеу туралы ескертпелер. 7 (1): 406. дои:10.1186/1756-0500-7-406. PMC  4105892. PMID  24973017.
  27. ^ Пулсон-Эллстад, Келси Л .; Харви, Элизабет Л .; Джонсон, Мэттью Д .; Минсер, Трейси Дж. (2016-01-01). «Coccolithophore Emiliania huxleyi-дің Dinoflagellate Oxyrrhis маринасының жайылымға шығуына әсер ететін экзометаболикалық реакцияларының дәлелі». Теңіз ғылымындағы шекаралар. 3: 1. дои:10.3389 / fmars.2016.00001.
  28. ^ 1989-, Коррея, Гончало дос Сантос. «Метаболикалық іздер мен ағын балансын талдауды біріктіріп, гендердің нокауттары микробтардың метаболизмін қаншалықты бұзатынын болжайды». repositorio.ul.pt. Алынған 2016-04-23.CS1 maint: сандық атаулар: авторлар тізімі (сілтеме)
  29. ^ Баран, Ричард; Боуэн, Бенджамин П .; Нортен, Трент Р. (2011-01-12). «Метаболизмнің мақсатсыз ізі метаболитті қабылдау мен шығарудың таңқаларлық кеңдігін көрсетеді. Synechococcus sp. PCC 7002». Молекулалық биожүйелер. 7 (12): 3200–3206. дои:10.1039 / C1MB05196B. PMID  21935552.
  30. ^ Баран, Ричард; Brodie, Eoin L .; Мейберри-Льюис, Джазмин; Хаммель, Эрик; Да Роча, Улиссес Нунес; Чакраборти, Роми; Боуэн, Бенджамин П .; Қараөз, Улас; Кадилло-Кироз, Хинсби (2015-09-22). «Симпатикалық топырақ бактериялары арасындағы экзометаболиттік қуысты бөлу». Табиғат байланысы. 6: 8289. Бибкод:2015NatCo ... 6.8289B. дои:10.1038 / ncomms9289. PMC  4595634. PMID  26392107.
  31. ^ Аллен, Джесс; Дейви, Хейзел М .; Бродхерст, Дэвид; Роулэнд, Джем Дж .; Оливер, Стивен Дж.; Келл, Дуглас Б. (2004-10-01). «Метаболикалық іздерді қолдану арқылы саңырауқұлаққа қарсы заттардың әсер ету режимін кемсіту». Қолданбалы және қоршаған орта микробиологиясы. 70 (10): 6157–6165. дои:10.1128 / AEM.70.10.6157-6165.2004. ISSN  0099-2240. PMC  522091. PMID  15466562.