- La sfida per la metabolomica non
è solo quella di descrivere strutture chimiche,ma
anche di fornire meta-informazioni come origine dei
campioni,condizioni sperimentali,in un formato accessibile
che cerchi di definire standars operativi. Solo banche
di dati facilmente utilizzabili ed orientati in un
contesto biologico possono diventare di generale utilità.
-Nella metabolomica la valutazione e la dinamica di
un metaboloma specie-specifico sono in uno stadio
preliminare.Non si conoscono quanti metaboliti e loro
derivati possono essere presenti in cellule di mammifero,di
piante e batteri,in altre parole stiamo guardando
la punta di un iceberg senza sapere cosa vi è
sotto.La conoscenza di piccole molecole presenti in
un campione è una sfida aperta.Così
al presete vi è una lunga lista di strutture
chimiche non identificate utili per l'analisi metabolomica
,e tale lista cresce esponenzialmente con gli avanzamenti
tecnologici.
-Molti modelli in silico sono stati sviluppati.
Tuttavia per ottenere modelli di network metabolici
sono necessarie precise equazioni cinetiche per ognuno
dei processi metabolici che partecipano. L'ottenimento
di equazioni attendibili richiede la conoscenza di
tutti gli effettori che influenzano l'attività
degli Enzimi e la determinazione della relazione velocità
di reazione-concentrazione per tutti questi effettori.
Per molti processi metabolici e molti fenotipi cellulari
la conoscenza attuale delle cinetiche enzimatiche
è ancora insufficiente per permettere una modellistica
matematica realistica. Da un punto di vista matematico
lo stato di un sistema dinamico è specificato
ad ogni istante dai valori delle concentrazioni di
tutte le specie biochimiche presenti nella rete delle
reazioni. Le equazioni differenziali quindi prevedono
come ogni componente varia nel tempo. Tali equazioni
non ci dicono direttamente lo stato del sistema, ma
piuttosto come un dato stato varia durante un piccolo
intervallo di tempo. Per prevedere la progressione
temporale di ogni componente dobbiamo specificare
le costanti di velocità che compaiono nelle
leggi cinetiche, ma molte di queste costanti non sono
determinate.
-Molti profili metabolici al presente si riferiscono
ai livelli dei metaboliti allo stato stazionario,quindi
non necessariamente riflettono il flusso dei metaboliti
attraverso la rete costituita dai processi.Tuttavia
questo flusso è importante per mettere in evidenza
variazioni nelle reazioni enzimatiche che a loro volta
influenzano i processi di regolazione del metabolismo.Il
problema che si pone è se i valori determinati
allo stato stazionario possono rivelare alterazione
dei flussi.Questo sembra possibile utilizzando insiemi
di dati metabolici multipli ottenuti in condizioni
sperimentali differenti o/e da diversi campioni biologici.A
questo proposito l'uso di isotopi stabili può
costituire un mezzo estremamente utile in quanto permette
la determinazione della distribuzione isotopomerica
nei vari intermedi dei processi metabolici,da cui
è possibile la determinazione dei flussi (F.Conti
et al. Biochimie, 2005) (Fig.5).
Un'altra cautela è quella che deve essere osservata
per quanto riguarda l'accuratezza e la validità
delle tecnologie utilizzate, specialmente in combinazione
con l'analisi statistica dei dati. Procedimenti di
normalizzazione e trasformazione possono avere un
impatto notevole sulla clasterizzazione dei dati e
quindi influenzare l'interpretazione biologica.
Prima che i dati mettano in evidenza le loro correlazioni
sono necessari estesi concetti statistici e matematici
per l'analisi integrata di fenomeni multifattoriali.
I processi di normalizzazione e di trasformazione
sono di notevole importanza in quanto la messa in
evidenza di correlazioni significative tra i componenti
si basa sulla clasterizzazione, riduzione della dimensionalità,
mutua informazione e meccanismo di apprendimento.
Quantunque risulta evidente che molti problemi sia
teorici che sperimentali risultano ancora aperti,
la metabolomica, anche insieme ad altre discipline
"omiche" sta crescendo esponenzialmente.
Negli ultimi due anni 2003-2005 circa 300 articoli
sono stati pubblicati e molte Comunicazioni sono state
presentate in Congressi Scientifici per lo più
utilizzando tecniche quali la RMN e la Spettrometria
di Massa.
Varie industrie, specialmente farmaceutiche hanno
investito una notevole quantità di fondi per
ricerche riguardanti meccanismi di azione di farmaci,
come pure gli aspetti tossicologici.
Sembra facile prevedere una sempre maggiore applicazione
in diversi settori (Fig.6).
In conclusione anche se l'approccio
riduzionista evidenzia notevoli limiti, tuttavia può
sempre essere utile ed in alcuni casi necessario.Questo
non significa che è sbagliato. Quello che è
pericoloso è la tendenza ad utilizzarlo per
una spiegazione completa.
Il riduzionismo e l'olismo, l'analisi e la sintesi
sono aspetti complementari che possono permettere
ai ricercatori di approfondire la conoscenza del funzionamento
dei complessi sistemi biologici.
Prof. Filippo Conti
Professor of Physical
Chemistry
in Biotechnology Department of Chemistry,
”La Sapienza” University of Rome.
