Розділ 7.6: Протеоміка та метаболоміка: профілювання білка та метаболічна інженерія

Протеоміка та метаболоміка — це дві галузі, які вивчають складні біологічні системи за межами геному. Протеоміка спрямована на ідентифікацію та кількісну оцінку всіх білків, що експресуються в клітині, тканині чи організмі, тоді як метаболоміка спрямована на ідентифікацію та кількісну оцінку всіх метаболітів, присутніх у біологічному зразку.

Історію протеоміки можна простежити до початку 20 століття, коли вчені почали виділяти та характеризувати білки за допомогою різних методів, таких як хроматографія, електрофорез і спектрофотометрія. У 1970-х роках розробка двовимірного гель-електрофорезу дозволила дослідникам розділити тисячі білків в одному зразку, уможлививши широкомасштабний протеомний аналіз.

У 1990-х роках поява мас-спектрометрії зробила революцію в протеоміці, дозволивши ідентифікувати та кількісно визначити білки на основі співвідношення їх маси до заряду. Ця техніка в поєднанні з розширеним програмним забезпеченням для аналізу даних призвела до розробки високопродуктивних протеомних платформ, таких як дробова протеоміка та кількісне визначення без міток.

З іншого боку, метаболоміка виникла як окрема галузь наприкінці 1990-х років після розробки потужних аналітичних методів, таких як спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР) і мас-спектрометрія. Ці методи дозволили дослідникам ідентифікувати та кількісно визначити сотні метаболітів в одному зразку, дозволяючи вивчати метаболічні шляхи та мережі.

На початку 2000-х років галузь метаболоміки розширилася завдяки розробці нових методів, таких як маркування стабільних ізотопів і аналіз метаболічних потоків, що дозволило кількісно визначити метаболічні потоки та швидкості обороту в клітинах і організмах.

Протеоміка та метаболоміка мають численні застосування в різних галузях, включаючи біомедичні дослідження, відкриття ліків і сільське господарство. У біомедичних дослідженнях протеоміка та метаболоміка використовуються для вивчення захворювань, ідентифікації біомаркерів для діагностики та прогнозу, а також для розробки нових ліків і методів лікування. У сільському господарстві метаболоміка використовується для вивчення метаболізму рослин і створення нових сортів культур із бажаними властивостями.

Поле метаболоміки також тісно пов’язане з метаболічною інженерією, яка передбачає зміну метаболічних шляхів у клітинах для виробництва цінних сполук, таких як ліки, біопаливо та хімікати. Метаболічна інженерія була використана для виробництва широкого спектру продуктів, включаючи інсулін, артемізинін (протималярійний препарат) і 1,3 - пропандіол (попередник біорозкладаної пластмаси).

Протеоміка та метаболоміка є галузями, що швидко розвиваються, у них постійно розробляються нові техніки та технології. Очікується, що ці галузі продовжуватимуть зростати та відіграватимуть вирішальну роль у вдосконаленні нашого розуміння складних біологічних систем.