UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL

DE HUAMANGA

Expositores: - Ing. Mauro AQUINO ALVARADO- Ing. Alfredo PERALTA TORRES- Blgo. Juan CISNEROS DE LA CRUZ - Fis. Manuel SANCHEZ CANDIOTTI

“METABOLÓMICA”

MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL

Ayacucho – Perú2013

ESCUELA DE POSGRADO

*Presentación

La metabolómica es una disciplina científica encargada de estudiar los metabolitos.

En la presente revisión bibliográfica desarrollamos los fundamentos básicos, las herramientas, avances en plantas y microorganismos, y las aplicaciones actuales en el área ambiental.

Entendida como el conjunto de ciencias integradas dirigidos al estudio de los metabolitos de un sistema biológico, se ha convertido en una herramienta importante en muchas aéreas de investigación, entre ellos el análisis de plantas, el desarrollo de fármacos, nutrición, entre otras.

METABOLOMICA

Pequeñas moléculas orgánicas, son importantes moduladores, sustratos, subproductos y bloques de construcción de muchos procesos biológicosdiferentes.

La acumulación de un metabolito específico puede indicar un defecto en una ruta, la activación de una ruta de respuesta de señal o la optimización de una ruta biosintética.

METABOLITOS

METABOLISMO

El Metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos.

•Permite conocer el estado metabólico de un organismo.

• La metabolómica constituye la herramienta más informativa a nivel funcional entre todas las tecnologías ‘omicas.

•También tiene un enorme potencial en la monitorización de intervenciones nutricionales

•      La metabolómica se ha revelado también muy eficaz en la monitorización de los transplantes de órganos.

VENTAJAS DE LA METABOLOMICA

- Técnicas

- Complejidad química del metabolismo

- Variabilidad de los organismo.

LIMITACIONES

*Herramientas para el desarrollo

*Los metabolitos *El primer perfil metabólico fue

realizado en la década del 70 (GC-MS)

*Durante los 80 comenzaron a utilizarse otras metodologías (RMN, HPLC)

*Fines de los 80-90 el estudio metabólico alcanzó un estado estacionario (10-15 publicaciones x año)IR Espectroscopía Infrarroja

*HARDWARE Y SOFTWARE

* IR Espectroscopia Infrarroja

*FTIR Espectroscopia Infrarroja con Transformación de Fourier

*NMR Resonancia Magnética Nuclear

*EC Electroforesis Capilar

*TLC Cromatografía en capa delgada

*GC Cromatografía Gaseosa (volatiliza)

*HPLC Cromatografía Líquida de Alta Resolución

*Cromatografías acopladas a Espectrometría de Masa (CG-MS, LC-MS, UPLC-MS)

*Cromatografías acopladas a Espectrometría en Tándem (LC/MS/MS)

*RMN

* IR Espectroscopia Infrarroja

*NMR Resonancia Magnética Nuclear

*Metabolómica de plantas y microorganismos

*Los metabolitos de las plantas son importantes para muchas de las respuestas de resistencia al ataque de patógenos, en condiciones de estrés y contribuyen al color, sabor y olor de flores y frutos.

*El fenotipo bioquímico de una planta es el resultado de la interacción entre el genotipo y el entorno. Por tanto, se necesita identificar y cuantificar los metabolitos para estudiar la dinámica del metaboloma y analizar los flujos metabólicos.

*El reto de la metabolómica reside en encontrar cambios en las cantidades de metabolitos que se puedan correlacionar con el estado fisiológico y de desarrollo de una célula, de un tejido o de un organismo.

Los estudios de los fenómenos de resistencia–susceptibilidad de las hierbas, lo que ha posibilitado su aplicación a hierbas como la Digitaria insularis, Mucuna pruriens y Clitoria ternantea, entre otras, sometidas a la acción del glifosato, y el estudio de los mecanismos por los que tienen lugar la tolerancia o resistencia al herbicida.

Arabidopsis thaliana es la primera planta cuyo genoma (130 Mb) se ha secunciado completamente.

RESISTENCIA - SUSCEPTIBILIDAD

Plantas (ej cereales) --- Potencialmente utilizables como material de partida para:

*•Productos industriales (almidón, otros polímeros, fibras, aceites industriales, material de packaging)

*•Biocombustibles (biodiesel, bioetanol, hidrógeno, metano)

*•Estudio de la interacción planta patógeno

*•Ensayos de toxicidad (residuos de plaguicidas, insecticidas, etc)

*•Dilucidación de la función de genes (junto con genómica y proteómica)

*•Nutrición humana (conocer la calidad de un alimento, mejorar la calidad

*biodisponibilidad y eficacia de micronutrientes

Aplicaciones de la metabólica en plantas

*Aplicaciones a la ing. ambiental

*En el monitoreo ambiental utilizando a las llamadas “especies centinela” de animales vertebrados e invertebrados.

Por ejemplo, dentro del Reino Unido, el Programa Nacional de Monitoreo Marino recolecta varias especies de peces con el fin de medir los efectos de las enfermedades, contaminantes y otros estresores, tales como el cambio climático, en las reservas de peces comerciales y en la biodiversidad del medio ambiente acuático.

*En la determinación del riesgo químico de productos farmacéuticos, pesticidas y otros químicos de uso casero e industrial. Antes de comenzar a utilizar cualquier químico nuevo en la sociedad, la compañía que ha desarrollado y manufacturado a este químico debe medir el riesgo que éste posa a la vida silvestre y al medio ambiente.

Por ejemplo, la empresa vasca Biobide ha desarrollado varios ensayos de toxicidad y eficacia de fármacos a través del modelo animal del pez cebra, que presentan la ventaja de ser rápidos, coste-efectivos y con menos impedimentos éticos que otros modelos animales.

*En el mantenimiento de cepas y reservas de animales en la industria de la acuicultura, incluyendo a los peces y a los invertebrados.

El trabajo desarrollado por investigadores del Cicese, el único de México que trabaja con recursos genéticos acuáticos, permitirá que este centro, forme parte de un banco de germoplasma del Instituto Nacional de Pesca (INAPESCA

*Identificación de cáncer en peces suela marinos

La metabolómica y la proteómica, es decir, el estudio simultáneo de miles de proteínas, han sido usadas para estudiar al cáncer del hígado en una especie de lenguado marino llamado platija (Limanda limanda). Los científicos han notado altos niveles de tumores en hasta un 14% de los peces recolectados en el mar abierto y en los estuarios cerca del Reino Unido.

*Medición del riesgo químico en peces, mamíferos y lombrices de tierra

*Muchos químicos en el medio ambiente pueden ser monitoreados simultáneamente.

- Se han llevado a cabo estudios en la medaka japonesa (Oryzias latipes), una especie de pez que es utilizada ampliamente en las pruebas de toxicidad para investigar los efectos del tricloroetileno, un contaminante ambiental, y el pesticida dinoseb en el desarrollo de los embriones de peces.

- Otros estudios usando metabolómica han identificado patrones de biomarcadores en lombrices de tierra (Eisenia veneta) luego de ser expuestas a contaminantes tales como nitrofenol y anilinas fluorinadas.

- Los efectos del arsénico, un contaminante ambiental común, en el metabolismo de los riñones del topillo rojo (Clethrionomys glareolus) también han sido investigados utilizando metabolómica basada en RMN.

*Monitoreo del síndrome de atrofia en el abulón rojo de California, Una infección bacterial ha estado diezmando poblaciones del abalón rojo.

El abulón rojo (Haliotis rufescens), una especia importante de molusco que vive en las costas del Océano Pacífico de los Estados Unidos, es susceptible a una enfermedad llamada síndrome de deterioro (también conocido como síndrome de deshidratación o atrofia.) Esta enfermedad letal es causada por una infección bacteriana y se sabe que ha diezmado a más del 90% de las poblaciones de abulón negro (Haliotis cracherodii) en el sur de California.