L’analisi metabolica (Metabolomica).

La “Metabolomica” (in letteratura si trova anche il termine Metabonomica, oramai di significato equivalente) studia e alterazioni delle funzionalità metaboliche dei sistemi biologici mediante tecniche spettroscopiche applicate, per scopi diagnostici in medicina, alla caratterizzazione di fluidi e di campioni di tessuto solidi biologici.Il Gruppo di Ricerca dell’Università di Cagliari impegnato in questo settore ha attualmente in corso esperimenti di metabolomica mediante spettroscopia di risonanza magnetica, spettrometria di massa e cromatografia su biofluidi per la caratterizzazione di patologie del sistema nervoso, di patologie neonatali rare, di alcune forme di tumore e di patologie cardiache.
I dati sono prodotti mediante tecniche di indagine chimico-fisiche come la spettroscopia a risonanza magnetica, la cromatografia e la spettrometria di massa applicate a campioni di biofluidi o di tessuti solidi opportunamente selezionati. Queste metodologie trovano oggi numerose possibilità di impiego nel campo delle scienze mediche dove le variabili che possono essere rilevate su soggetti umani ed animali che presentano una determinata patologia sono numerose; può anche accadere che non tutte queste variabili siano necessariamente utili per descrivere il problema considerato, e quelle di interesse possono dipendere da meccanismi di interazione complessi tra i componenti di diversi percorsi metabolici.
Questo discorso è valido sia per la descrizione di patologie in essere, sia per l’identificazione di stadi pre-patologici (non manifesti ancora con disabilità evidenti del paziente) collegabili a fattori di rischio di insorgenza delle malattie, cioè stati descrivibili da variabili dipendenti da alterazioni di origine genetica o ambientale che concorrono ad aumentare o a diminuire la possibilità di insorgenza di malattie e la cui conoscenza può aiutare a mettere in atto piani di prevenzione.
Come già detto in tutti i casi in cui si considerano sistemi biologici le variabili sono numerose e talvolta anche correlate tra loro; in questo caso l’utilizzo dei metodi metabolomici può aiutare a fornire una visione globale – olistica – del problema, evidenziando le relazioni tra le variabili e la loro importanza relativa, e può inoltre mettere in evidenza differenze e similarità tra i campioni (nel nostro caso tra i soggetti affetti da una determinata patologia) in base alla loro distribuzione nello spazio multi-dimensionale descritto dall’insieme delle variabili metabonomiche. Considerare i singoli processi biologici come processi isolati esprime una visione riduzionistica delle funzioni vitali, un’astrazione che permette a volte di semplificare notevolmente il problema in studio ma che porta inevitabilmente a modelli di limitato valore.

I processi biologici sono rappresentabili attraverso reti che connettono organi e funzionalità dei sistemi viventi con meccanismi molto complicati. In una ipotetica “piramide della vita” tutte le informazioni di base dei sistemi viventi sono contenute nel codice genetico e lo studio dell’espressione genica permette di rilevare alterazioni del codice da mettere in relazione con le patologie. Nel livello superiore lo studio della proteomica aggiunge un importante tassello nella caratterizzazione degli effetti delle alterazione del codice genetico sulle funzioni dei singoli sistemi biologici isolati. Alla vertice di questa piramide troviamo l’espressione dei metaboliti che rappresenta una sorta di indicatore sul modo di evolvere del processo biologico in studio.

Ma mentre l’espressione genica è un processo di natura interna dei sistemi in studio, le espressioni proteomiche e metaboliche riguardano anche fattori esterni considerati oggi molto importanti in medicina, quali l’alimentazione, l’influenza di fattori ambientali, etc.
Inoltre le espressioni metaboliche e proteomiche dipendono anche dalle interazioni tra i vari processi biologici e quindi permettono di studiare anche i processi di adattamento e reazione che i sistemi biologici mettono in atto in collaborazione in presenza di patologie.

I modelli che si costruiscono in metabonomica hanno la capacità di raccordare i diversi livelli “omici” (genomica, proteomica, metabonomica) caratterizzanti i biosistemi e rappresentare le reciproche interazioni e dipendenze che generano la complessità di questi sistemi. Solo con questo tipo di approccio è possibile identificare profili specifici di patologie e di malati. Dunque la metabonomica che determina i profili dei processi biochimici sistemici e la regolazione di funzioni nell’intero sistema biologico complesso può contribuire alla comprensione del perché si instaurano certi stati patologici anziché altri.
Luigi Barberini