Lipidomica - noua stea pe cerul „OMICS” - O nouă abordare tehnologică către cuprinzătoare
O nouă abordare tehnologică a descrierii cuprinzătoare a profilelor lipidice complete
Mai presus de toate, progresele tehnologice și analitice avansează cercetarea. În domeniul biomedical, acest lucru se aplică în special domeniului cercetării lipidelor, care de zeci de ani a fost împiedicat de lipsa metodelor analitice adecvate pentru studierea complexității enorme a lipidelor din corpul uman. Acum începe era lipidomicii, care se referă la lipidele totale dintr-o probă biologică. Are o gamă largă de aplicații în cercetarea de bază, biotehnologie și biomedicină (starea actuală este prezentată în articolele de opinie despre lipidomică [1]).
Grăsimea ne doare. Adevărat?
Masa creierului nostru conține, de asemenea, aproximativ 50% lipide, ceea ce ne permite să ne gândim - sperăm, de asemenea, la importanța acestei clase de biomolecule!
Ce sunt lipidele?
Lipidele sunt definite prin hidrofobicitatea lor, adică sunt solubile în solvenți organici și insolubili în apă. Cu toate acestea, această definiție destul de vagă implică deja unele provocări tehnice pentru analiza lipidelor. Multe lipide esențiale nu sunt ușor de extras de solvenți organici, iar unele dintre intermediari lipidici sunt chiar solubili în apă.
Fig. 1 Lipidele sunt o clasă de molecule foarte eterogenă. O selecție mică: acidul arahidonic este un acid gras și joacă un rol important ca moleculă de semnalizare; este, de asemenea, un precursor al prostaglandinelor, care au funcții asemănătoare hormonilor. Triacilglicerolul (TAG) este denumit în mod obișnuit „grăsime”. Conține trei reziduuri de acizi grași și este cea mai eficientă formă de stocare a energiei metabolice. În funcție de tipul de acid gras (saturat sau nesaturat), TAG este fie lichid (de exemplu, ulei de măsline), fie solid (de exemplu, unt). Fosfatidilinozitolul (PI) este un fosfolipid de membrană. Colesterolul modulează proprietățile membranei. Cerebrosidul este o lipidă care conține zahăr în celulele nervoase și musculare (formule preluate din baza de date PubChem https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/).
Figura 1 arată - pentru a ilustra eterogenitatea lor chimică - diverse molecule lipidice, inclusiv colesterol, glicerolipide și sfingolipide. Mai multe căi biosintetice lipidice servesc drept ținte pentru antibiotice (de exemplu, sinteza acizilor grași bacterieni) sau agenți farmacologici (de exemplu, biosinteza sterolului la ciuperci sau oameni). O schemă de clasificare detaliată a lipidelor poate fi găsită pe site-ul web Lipid MAPS (https://www.lipidmaps.org/) [2]. Un alt obstacol principal în calea descrierii cantitative a lipidomului unei celule sau țesuturi este că diferite clase și tipuri de lipide apar în cantități extrem de diferite: Moleculele semnal funcționale esențiale pot fi prezente doar în cantități mici, astfel încât volumul lipidelor să se suprapună în analiză.
Apariția lipidomicii
„Direcționat” sau „neorientat”: metode complementare pentru aplicații speciale
Cea mai răspândită metodă în lipidomică se bazează pe spectrometria de masă (MS) [6,7]: lipidele dintr-o probă sunt injectate în vidul spectrometrului de masă, supuse unei ionizări slabe (de obicei într-o configurație cu electrospray) și ionii pe baza Raportul masă-încărcare (m/z) separat înainte de a atinge detectorul. Această separare are loc de obicei într-o serie de câmpuri magnetice alternativ special coordonate („quadrupol”). În plus, capcanele ionice pot fi utilizate pentru a selecta și îmbogăți anumiți ioni înainte de detectare. Pentru a obține informații mai bune despre caracteristicile structurale, ionii pot fi împărțiți în fragmente caracteristice în așa-numitele celule de coliziune. Setările Time-of-Flight (TOF) fac posibilă îmbunătățirea în continuare a identificării fragmentelor pe baza timpilor lor de zbor în spectrometrul de masă [6,7].
Fig. 2 Spectrul de masă al unei probe de lipide. Zona mărită prezintă o mică secțiune a acestui spectru și ilustrează acuratețea mare a masei, care permite o diferențiere clară între diferite specii de lipide.
Abordările lipidomice pot fi „direcționate” sau „nevizate”. În varianta vizată, un spectru selectat în mod specific de tipuri de molecule lipidice, toate definite prin valori specifice m/z, este utilizat pentru detectare și cuantificare, tipurile de lipide care nu sunt relevante pentru anchetă fiind omise pentru a evita zgomotul de fond nedorit . Varianta nețintită încearcă să acopere întregul spectru de masă și astfel permite detectarea moleculelor lipidice necunoscute. Ambele abordări au avantaje și dezavantaje în ceea ce privește timpul de analiză și sensibilitatea (Fig. 2).
Se obține o cantitate mare de eșantion prin abordarea cu pușcă, în care extractele lipidice sunt injectate în spectrometrul de masă fără separare cromatografică prealabilă. Analiza durează doar câteva secunde pe eșantion pentru a acoperi fie un spectru de tipuri de lipide vizat, fie nedestinat. Deși acest proces este destul de rapid, este ușor copleșit de un număr mare și o varietate largă de specii moleculare lipidice. Efectele matricei care suprimă semnalul de măsurare și împiedică cuantificarea speciilor de lipide pot fi reduse sau identificarea lipidelor îmbunătățită dacă proba este supusă unei separări cromatografice înainte de analiza MS. Deși această variantă este mai „cantitativă” decât metoda puștii, aceasta extinde considerabil timpul de analiză. Care dintre aceste procese, care de obicei se completează reciproc, este de preferat, ar trebui să fie dependent de aplicația specifică.
Aplicații lipidomice și provocări actuale
De ce există această eterogenitate și complexitate enormă a moleculelor de lipide în celulă? Există funcții speciale asociate cu această diversitate? Lipidomica va răspunde în cele din urmă la unele dintre aceste întrebări fundamentale. În cele din urmă, viața depinde de funcția unui strat lipidic gros de aproximativ 5 nm (= 5 miliarde de metru sau de 100 de ori mai subțire decât peretele unei bule de săpun), care definește o celulă ca atare și îi separă interiorul de țesutul extern. Ar fi bine să ne uităm și să avem grijă de lipidele noastre!