O documento discute a metabolômica, que visa isolar e caracterizar todos os metabólitos de um organismo. Apresenta as principais etapas da metabolômica, desde a escolha do organismo até a análise estatística dos dados, e discute suas aplicações em farmacologia, nutrição e ecologia.

1. METABOLÔMICA: Aplicações e Perspectivas Raphael Garcia de Sousa Evaristo

2. Plataformas tecnológicas que visam isolar e caracterizar biomoléculas. As mais comuns são a genômica, a trancriptômica a proteômica e a metabolômica . A origem etimológica desse termo deriva da genômica: gene + cromossoma = genoma genômica Ômicas

3. Genômica Plataforma tecnológica que visa isolar e caracterizar os genes (DNA * ). É a mais desenvolvida devido a: A maior estabilidade do DNA em comparação ao RNA ou as Proteínas; O grande investimento nas últimas décadas;

4. Genômica Problemas encontrados na Genômica: Difícil determinação do número total de genes de um organismo: Predições computacionais; Difícil identificação da função dos genes;

5. Genômica Tabela 1: Tamanho do Genoma e número estimado de genes de vários organismos Organismo Tamanho do Genoma (pares de base) Número estimado de Genes Homo sapiens 3 bilhões 30.000 Mus musculus 2,6 bilhões 30.000 Arabidopsis thaliana 100 milhões 25.000 Caenorhabditis elegans 97 milhões 19.000 Drosophila melanogaster 137 milhões 13.000 Saccharomyces cerevisiae 12,1 milhões 6.000 Escherichia coli 4,6 milhões 3.200 Vírus da AIDS (HIV) 9700 9

6. Transcriptômica Plataforma tecnológica que visa isolar e caracterizar todos os RNA (transcriptoma) de um organismo. O transcriptoma de uma célula é herdado de sua precursora.

7. Transcriptômica Estudos baseados em técnicas derivadas da PCR: Serial Analysis of Gene Expression (SAGE); Microarranjo de DNA.

8. Transcriptômica Problemas enfrentados na transcriptômica: Baixa acurácia das metodologias de indentificação; Diferenças entre o nº de RNA e de Proteínas.

9. Proteômica Plataforma tecnológica que visa isolar e caracterizar todas as proteínas (proteoma) de um organismo. Proteoma Outras Ptn de transporte Ptn de membrana Ptn reguladoras Enzimas

10. Proteômica Estudos baseados na 2DE seguida de EM: Seqüenciamento da proteína determinado pelo perfil de fragmentação da amostra. EM 2DE

11. Proteômica Problemas enfrentados pela proteômica: Elevado nº de etapas de fracionamento e análise; Baixa acurácia das metodologias de identificação;

12. Metabolômica Plataforma tecnológica que visa isolar e caracterizar todos os metabólitos (metaboloma) de um organismo. Metabólitos Rotas principais Primários Secundários Funções específicas

13. Metabolômica Número de artigos sobre a metabolômica publicados de 1975 a 2005

14. Conceitos Importantes Metabolic profiling : Isolamento de moléculas alvo e a caracterização de sua via de síntese. Metabolômica: Isolamento de todos os metabólitos de uma amostra biológica em condições normais e sob algum tipo de estresse. Engenharia de metabolismo: Identificação de genes e rotas metabólicas de determinado composto, visando aumentar, reduzir ou eliminar sua produção.

15. Etapas da Metabolômica Figura 2: Esquema típico de análises metabolômicas utilizando plantas. 1- escolha do organismo a ser estudado; 2- preparo da amostra; 3- pré-fracionamento; 4- fracionamento; 5- conversão dos resultados para uma unidade comum; 6- análise estatística dos dados; 7- elucidação funcional de genes. (Adaptado de Fukusaki & Kobayashi, 2005). Escolha do organismo Preparo da amostra Pré-fracionamento Fracionamento Conversão de valores Análise estatística Identificação dos genes e rotas metabólicas envolvidos na produção de metabólitos específicos

16. Fatores que influenciam as análises metabolômicas durante a seleção do organismo a ser analisado: Tratamento; Idade; Tamanho. Etapas da Metabolômica

17. Etapas da Metabolômica Fatores que influenciam as análises metabolômicas durante o preparo da amostra: Quantidade de amostra; Maceração; Horário de coleta;

18. Fatores que influenciam as análises metabolômicas durante o pré fracionamento: Escolha do solvente mais adequado: Evitar interferência nos equipamentos; Evitar reações indesejadas entre o solvente e a amostra; Etapas da Metabolômica

19. Técnicas comumente utilizadas no fracionamento: RMN e EM: FT-ICR-MS: MAS: Etapas da Metabolômica

20. Requisitos básicos para realizar análises metabolômicas: Grande capital para investimento; Espaço físico adequado; Profissionais capacitados; Etapas da Metabolômica

21. Fator que influencia as análises metabolômicas durante a conversão de valores: Colocar os resultados obtidos por diferentes técnicas de fracionamento em uma linguagem comum; Etapas da Metabolômica

22. Principal metodologia de análise estatística: Análise de Componente Principal (ACP): Identificação de componentes mais abundantes; Organização hierárquica dos componentes identificados Etapas da Metabolômica

23. Aplicações em diversas áreas: Farmacologia; Nutrição; Ecologia; Evolução; Aplicabilidade da Metabolômica

24. Metabolômica na farmacologia Ensaios de toxicidade in vitro e in vivo Busca de marcadores de toxicidade Mecanismos de toxicidade Seleção Síntese Industrialização

25. Metabolômica na nutrição Conhecer as modificações causadas pela alimentação no metaboloma do indivíduo:

26. Metabolômica na nutrição Alimento Nutrientes Não-nutrientes Fitoquímicos Insumos agrícolas Micro- nutrientes Macro-nutrientes Contaminantes Defensivos

27. Metabolômica na ecologia Observar diferenças imprevistas entre cultivares selvagens e modificadas geneticamente: Glutamato desidrogenase em Nicotiana tabacum (Mungur et al ., 2005): + de 350 compostos alterados; 9 compostos carcinogênicos; 14 fármacos em potencial;

28. Identificar metabólitos comuns e diferenciais entre plantas resistentes e susceptíveis a uma determinada praga: Já realizado pela transcriptômica e pela proteômica; Poucos trabalhos utilizando a metabolômica (Forst, 2006); Metabolômica na ecologia

29. Diferenciação de populações a partir de RMN de biofluidos: Haliotis rufescens (mariscos) – (Viant et al ., 2003); Organização evolutiva a partir da presença de determinados metabólitos: Streptomyces – (Challis & Hopwood, 2003); Metabolômica na ecologia

30. Perspectivas para a Metabolômica Determinação de um protocolo padrão; Desenvolvimento de ferramentas para um melhor aproveitamento dos dados gerados; Integração das ômicas (Biologia de Sistemas);

31. Considerações finais Ômica mais nova e bastante promissora. Grupo de moléculas muito diverso. Necessita de padronização e melhoramento das técnicas.