Какую роль играют метаболиты в организме, что из себя представляет масс-спектрометрия, как она помогает сделать медицину персонализированной и почему используется при неонатальном скрининге? Собрали десять тезисов из лекции старшего инженера-исследователя Сколтеха Сергея Осипенко.
- Все малые молекулы, которые находятся в живом организме, называются метаболитами. Именно через них реализуются практически все жизненно необходимые процессы в клетке.
- Первичные метаболиты есть во всех клетках организма, из них строятся полимерные молекулы, белки, нуклеиновые кислоты. Вторичные метаболиты не так необходимы для обеспечения жизнедеятельности, обычно они используются для адаптации к условиям внешней среды (как, например, кофейные растения вырабатывают кофеин для защиты листьев от вредителей).
- В ходе жизнедеятельности метаболиты превращаются друг в друга, например, с целью переноса энергии. Такие пути превращения — цепочки превращения — называются путями метаболизма.
- Метаболомика — это анализ больших данных, представляющих полный набор малых молекул в некотором организме, клетке или органе. Объём этих данных варьируется от нескольких тысяч до нескольких сотен миллионов. Поэтому для такого анализа нужны специальные инструментальные методы: спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и масс-спектрометрия.
- Масс-спектрометрия — это метод разделения заряженных частиц за счет их взаимодействия с электромагнитным полем. Если взять некую сложную смесь, состоящую из разных заряженных частиц, и подействовать на эту смесь электромагнитным полем, то частицы в этом поле начнут двигаться и у них будет либо скорость, либо траектория, зависящая от массы. Преимущество масс-спектрометрии в том, что она позволяет измерить массу с очень высокой точностью. А значит, можно однозначно установить элементный состав иона, заряженных частиц, или молекулы, из которой он образовался.
- Метод масс-спектрометрии на сегодняшний момент единственный пригодный метод для изучения спинномозговой жидкости. Безопасно отобрать можно всего несколько микролитров жидкости, а чем меньше образец, тем меньше у него молекул и чувствительнее должно быть оборудование. Масс-спектрометрия как раз обладает достаточной чувствительностью.
- Всех новорожденных важно тестировать на некий набор наследственных заболеваний. Если некоторые заболевания вовремя не купировать, могут быть тяжёлые последствия, поэтому диагностику необходимо производить в первые часы жизни новорожденного. Такие болезни проявляются в виде сбоев в метаболизме, например, накоплении определенных органических кислот в крови или некоторых липидов. Поскольку накопление происходит в маленьких концентрациях, только масс-спектрометрия может эффективно сработать.
- Масс-спектрометрия лежит в основе анализа сухих пятен крови: когда делается маленький прокол, и отбирается одна-две капли крови прямо на небольшой кусочек фильтрованной бумаги. Объём крови – всего несколько микролитров. Такая технология решает проблему забора крови у маленьких детей (не такое большое количество крови и страх детей перед инвазивными методами и врачами).
- Печень метаболизирует все вещества, попадающие в организм, и работает она у всех индивидуально. После приема некоторых лекарств концентрация препарата в крови по разным причинам (например, заболевания, вредные привычки или даже употребление грейпфрутового сока, который ингибирует некоторые ферменты) может отличаться от ожидаемой. Анализ сухой крови позволяет проанализировать путь вещества по организму и скорректировать дозировку препарата под особенности каждого человека.
- Масс-спектрометрию можно использовать для анализа распределения лекарственного средства и его метаболитов в организме. С помощью специальной техники масс-спектрометрии изучают молекулярный состав каждой точки образца, а затем через компьютерную обработку визуализируют, где какие метаболиты накопились.
Статья подготовлена на основе материала интернет-издания Хайтек.
