Ultimo aggiornamento: 19 dicembre 2023
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La metabolomica è lo studio dell’insieme dei metaboliti in un sistema biologico (una cellula, un tessuto o un organismo). I metaboliti non sono altro che molecole coinvolte di norma nei processi biologici e prodotte dalle reazioni cellulari. L’insieme dei metaboliti che si trovano in un sistema biologico in un dato momento è detto metaboloma. Come il proteoma (l’insieme delle proteine espresse in una cellula), anche il metaboloma è dinamico, cioè cambia nel tempo.
Nei sistemi biologici i metaboliti vanno continuamente incontro a cambiamenti, dato che possono essere degradati o trasformati in altri tipi di molecole. Nelle reazioni biochimiche che avvengono nelle cellule, un metabolita può essere allo stesso tempo il prodotto finale di una reazione iniziale e il substrato, o reagente, di una reazione successiva. Le reazioni che avvengono in sequenza nelle cellule sono di solito parte di una via metabolica (in inglese, pathway). Le reazioni metaboliche possono essere fondamentalmente di due tipi: le reazioni cataboliche sono quelle in cui avviene la degradazione di molecole complesse, mentre quelle anaboliche sono invece di sintesi.
Le vie metaboliche cellulari del cancro non sono ancora state del tutto chiarite, anche perché nelle cellule cancerose avviene una profonda riprogrammazione del metabolismo.
In condizioni normali le cellule ricavano energia principalmente attraverso processi che coinvolgono i mitocondri, gli speciali organelli cellulari dalla caratteristica forma a fagiolo, nei quali avviene la fosforilazione ossidativa (vedi scheda Metabolismo cellulare). Tuttavia, le cellule cancerose prediligono un’altra strada per la propria produzione di energia, e cioè la glicolisi aerobica. La glicolisi è infatti un processo che produce energia a partire da molecole di glucosio ed è molto meno efficiente rispetto alla fosforilazione ossidativa mitocondriale. Nelle cellule normali, di solito la glicolisi avviene quando ci si trova in carenza o assenza di ossigeno. Nel cancro, invece, le cellule cancerose preferiscono la glicolisi a prescindere dalla disponibilità di ossigeno. Bisogna inoltre considerare che alcuni cambiamenti nelle cellule cancerose, come quelli che riguardano l’espressione di alcuni geni, possono portare a variazioni del metaboloma.
In generale, negli studi di metabolomica sono possibili due approcci differenti: targeted oppure non targeted, ovvero mirati o non mirati. Lo scopo della metabolomica non targeted è scoprire il più alto numero di composti chimici (e quindi metaboliti) presenti in un campione biologico. L’approccio targeted, invece, viene utilizzato quando si vuole misurare un gruppo di metaboliti o si vuole rispondere a una specifica domanda biochimica.
Le tecniche di analisi utilizzate in metabolomica sono soprattutto la spettrometria di massa e la risonanza magnetica nucleare.
Come accade anche per le altre scienze “omiche”, la metabolomica trova la sua applicazione in diversi campi, uno dei quali è la ricerca di biomarcatori di malattie. I fluidi corporei, per esempio l’urina, la bile o il sangue, contengono diversi metaboliti che possono offrire informazioni importanti sul funzionamento degli organi in cui sono prodotti. Per esempio, se un metabolita è presente in un campione patologico ma non nel campione sano, potrebbe essere la “spia” (o il biomarcatore) di una specifica malattia.
Le alterazioni delle vie metaboliche possono anche essere utilizzate per comprendere la progressione di una malattia o per individuare specifici bersagli molecolari utili allo sviluppo di nuove terapie. Negli approcci di medicina di precisione il metaboloma può avere un ruolo importante: conoscendo alcune caratteristiche del metaboloma di un paziente, si potrebbero scegliere trattamenti più mirati alla sua condizione e malattia.
Agenzia Zoe