Áreas de investigación
Navegar por los ecosistemas a través de los conocimientos de la metabolómica para la conservación sostenible y la gestión de la biodiversidad.
Deciphering intricate biochemical interactions in ecosystems can be challenging. Traditional methods, focused on species diversity and population dynamics, often fall short of providing a comprehensive understanding of the underlying metabolic processes that drive ecological interactions.
This limitation hampers our ability to grasp the finer nuances of species’ responses to environmental changes, hindering effective conservation strategies and ecosystem management. Metabolomics emerges as a cutting-edge scientific approach that can significantly reshape the landscape of ecological research.
Metabolomics allows researchers to investigate the complete set of small molecules or metabolites present in a given biological sample, providing a unique and comprehensive snapshot of the biochemical landscape. This powerful technique enables the simultaneous analysis of multiple metabolic pathways, shedding light on how organisms respond to environmental stimuli and stressors.
Metabolomics can help unravel the intricacies of chemical signaling between species, elucidating ecological interactions at a molecular level. By employing metabolomics in ecology research, scientists gain insights into the dynamic and complex nature of ecosystems, overcoming the limitations of traditional methods and paving the way for more informed conservation strategies and sustainable environmental management.
La metabolómica ofrece una visión completa de la composición bioquímica de los ecosistemas. Al analizar el conjunto completo de pequeñas moléculas (metabolitos) presentes en muestras biológicas como el suelo, el agua y las plantas, los investigadores obtienen una instantánea del estado metabólico y la salud de los ecosistemas. Esto permite una comprensión más matizada de cómo responden los organismos a los cambios ambientales, ayudando a identificar los primeros signos de estrés o perturbaciones.El enriquecimiento del suelo en nutrientes, por ejemplo, puede provocar grandes cambios en el microbioma del suelo, con un efecto directo en el funcionamiento del ecosistema.
Brown RW, Chadwick DR, Bending GD, et al. Nutrient (C, N and P) enrichment induces significant changes in the soil metabolite profile and microbial carbon partitioning. Biología y Bioquímica del Suelo. 2022/09/01/ 2022;172:108779. doi:https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108779
La metabolómica permite detectar precozmente alteraciones y factores de estrés en los sistemas ecológicos. Mediante la identificación de cambios en los perfiles metabólicos, los científicos pueden descubrir cambios sutiles en respuesta a factores ambientales, proporcionando un sistema de alerta temprana para posibles problemas. Este enfoque proactivo es crucial para una conservación y gestión eficaces, ya que permite intervenir a tiempo para mitigar el impacto de las perturbaciones sobre la biodiversidad y la funcionalidad de los ecosistemas.Por ejemplo, un estudio publicado enScience of the TotalEnvironment utilizó metabolómica y otras ómicas en camarones como modelo para investigar el impacto de los microplásticos en los organismos acuáticos y los ecosistemas.
Duan Y, Xiong D, Wang Y, et al. Toxicological effects of microplastics in Litopenaeus vannamei as indicated by an integrated microbiome, proteomic and metabolomic approach. Science of The Total Environment. 2021/03/20/ 2021;761:143311. doi:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143311
La metabolómica facilita el descubrimiento de biomarcadores que sirven de indicadores de las condiciones ambientales y el estrés. Estos biomarcadores, derivados de firmas metabólicas, pueden utilizarse para un seguimiento preciso y eficaz de la salud ecológica. El desarrollo de paneles específicos basados en conocimientos metabolómicos permite crear herramientas prácticas para la vigilancia ambiental, ayudando a investigadores y conservacionistas a tomar decisiones informadas para la gestión sostenible de los ecosistemas.En un estudio publicado enEnvironment Internationalse buscaron firmas metabolómicas que indicaran la exposición a materia particular fina ambiental ≤ 2,5 µm, vinculada a la inflamación y el estrés oxidativo.Esta aplicación es una de las formas en que la metabolómica puede utilizarse para investigar asociaciones con exposiciones ambientales como la contaminación atmosférica.
Nassan FL, Wang C, Kelly RS, et al. Ambient PM2.5 species and ultrafine particle exposure and their differential metabolomic signatures. Environment International. 2021/06/01/ 2021;151:106447. doi:https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106447
"Nuestros hallazgos muestran que, a diferencia de los análisis estándar de la OCDE de bioquímica sanguínea e histología de órganos realizados con fines reguladores, la metabolómica sanguínea, la transcriptómica hepática y el análisis de metilación del ADN en todo el genoma pusieron de manifiesto la adaptación al estrés metabólico inducido por la exposición a la mezcla de pesticidas. Nuestros resultados sugieren que la adopción de la multiómica como parte de los procedimientos reguladores de evaluación del riesgo químico dará lugar a una mayor sensibilidad, precisión y previsibilidad de los resultados de los estudios in vivo, con implicaciones positivas para la salud pública."
Mesnage, R., Teixeira, M., Mandrioli, D. et al.
Multi-omics phenotyping of the gut-liver axis reveals metabolic perturbations from a low-dose pesticide mixture in rats. Commun Biol. 4, 471 (2021). doi: https://doi.org/10.1038/s42003-021-01990-w. Available under CC BY 4.0.
[LEYENDA DE LA FIGURA]. A Diseño del estudio. Se administró a grupos de 12 ratas hembras, a través del agua de bebida, una mezcla de seis plaguicidas al nivel de la IDA de la UE durante 90 días. También se muestran los análisis tras el sacrificio (ilustración creada con BioRender.com). B Estructuras moleculares de los ingredientes activos de los plaguicidas analizados. (Estructura química de pubchem.com). El consumo de agua(C), el consumo de pienso(D) y el peso corporal con su banda de intervalo de confianza del 95%(E) no variaron (controles, negro; expuestos a plaguicidas, rojo).
Figura 1. El fenotipado multiómico del eje intestino-hígado revela perturbaciones metabólicas de una mezcla de plaguicidas en dosis bajas en ratas. Figura de Mesnage, R., Teixeira, M., Mandrioli, D. et al. Commun Biol 4, 471 (2021). https://doi.org/10.1038/s42003-021-01990-w Disponible bajo CC BY 4.0.
A multi-omics approach, including metabolomics, was used to identify metabolic perturbations resulting from low-dose pesticide exposure. The study compared standard histopathology and serum biochemistry measures with multi-omics analyses in a subchronic toxicity test of a mixture of six pesticides frequently detected in foodstuffs.
The results revealed that unlike standard Organization of Economic Co-operation and Development (OECD) blood biochemistry and organ histological analysis; blood metabolomics, liver transcriptomics, and genome-wide DNA methylation analysis highlighted the adaptation to metabolic stress induced by exposure to the pesticide mixture. The study demonstrated that in-depth molecular profiling in laboratory animals exposed to low concentrations of pesticides allows the detection of metabolic perturbations that would remain undetected by standard regulatory biochemical measures, thus improving the predictability of health risks from exposure to chemical pollutants.
El enfoque multiómico, en particular el uso de la metabolómica, proporcionó información valiosa sobre los efectos metabólicos de la mezcla de pesticidas. El análisis del eje microbioma huésped-intestino mediante metabolómica reveló alteraciones en múltiples vías metabólicas, como el metabolismo de la lisina, la leucina, la isoleucina, la valina, la fenilalanina, el nicotinato y la nicotinamida. El estudio también identificó cambios en el metabolismo de los ácidos grasos, los dicarboxilatos y el mevalonato, así como en el ciclo TCA, entre otros, lo que pone de relieve el amplio impacto de la mezcla de plaguicidas en las vías metabólicas. Los resultados sugieren que la adopción de la multiómica, incluida la metabolómica, como parte de los procedimientos reguladores de evaluación del riesgo químico dará lugar a una mayor sensibilidad, precisión y previsibilidad de los resultados de los estudios in vivo, con implicaciones positivas para la salud pública.
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Una vez que se comprende todo el valor de la metabolómica, la única pregunta que queda es: ¿quién lo hace mejor? Aunque muchos laboratorios cuentan con capacidades para la elaboración de perfiles de metabolitos o de química analítica, las tecnologías de metabolómica integrales son extremadamente escasas.
La identificación precisa e imparcial de los metabolitos en todo el metaboloma plantea retos en cuanto a la relación señal-ruido que muy pocos laboratorios están preparados para afrontar. Además, convertir cantidades ingentes de datos en información útil resulta lento, cuando no imposible, para la mayoría, ya que una interpretación adecuada requiere dos elementos de los que se carece: experiencia y una base de datos exhaustiva.
Gracias a nuestra sólida plataforma y a nuestras herramientas de visualización, nuestros expertos son los únicos capaces de ofrecerle más información sobre su molécula y desarrollar paneles de ensayos que le ayuden a concentrarse en los resultados que necesita.
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Capacidad para interrogar a miles de metabolitos a través de diversos espacios bioquímicos, revelando nuevos conocimientos y oportunidades.
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