La metabolómica es el estudio sistemático de los procesos químicos en los que intervienen los metabolitos como señales inequívocas y específicas de los procesos celulares como perfiles de metabolitos de bajo peso molecular1. Es un “retrato dinámico” del estado metabólico de los sistemas vivientes2. El metaboloma se compone de una amplia cantidad de metabolitos constituidos por pequeñas moléculas y productos de los procesos celulares, que exhiben una diversidad de propiedades físicas y químicas y que existen dentro de un intervalo dinámico muy amplio en muestras biológicas de células, tejidos, órganos y organismos3–5.

Esta novedosa técnica se fundamenta en el uso de la espectrometría de masas para investigar los mecanismos bioquímicos relacionados con procesos naturales en la salud y enfermedad. Sin embargo, las condiciones fisiológicas y patológicas no sólo se caracterizan por las identidades y concentraciones de metabolitos presentes, sino por la localización de éstos en un tejido gracias a la cromatografía de gases o la separación por cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC) acoplados a un espectrómetro de masas de velocidad y precisión4. Infortunadamente, la mayoría de las plataformas de espectrometría de masas sólo puede medir muestras en solución, por lo que se requiere extraer metabolitos de tejidos homogeneizados. Sin embargo, los más recientes desarrollos en tecnologías de espectrometría de masas-imagen permiten que ciertos metabolitos puedan reconocerse de manera espacial dentro de sus tejidos biológicos6.

A través de la caracterización de rutas metabólicas, la metabolómica puede ilustrar las actividades de una célula a nivel funcional. Sin embargo, el metaboloma es difícil de caracterizar y por ello la espectrometría de masas, acoplada a diferentes técnicas de separación, es tan útil7.

La proteómica consiste en el análisis profundo de la estructura y funciones del complejo de proteínas en una célula, tejido o líquido biológico en un cierto momento de la expresión de proteínas, y es una plataforma central en la nutrigenómica que describe la expresión del genoma como respuesta a la dieta. La proteómica permite entender las funciones de organelos y sus alteraciones, entre otros muchos aspectos8. En particular, la disfunción y mutaciones del DNA explican un gran número de enfermedades, incluido el cáncer, y la proteómica es especialmente útil para identificar proteínas que participan en la señalización, diferenciación y muerte celulares. La bondad de la proteómica y metabolómica radica en su nula invasividad (se fundamenta en el análisis de muestras biológicas fácilmente obtenibles como orina, sangre y saliva) a cambio de obtener amplia información9.

Algunas de las aplicaciones de la proteómica que se observaron en la Semana de Enfermedades Digestivas (DDW) celebrada en San Diego fueron las siguientes:

• 1.

  Fisiopatología de enfermedades:

  • a

    En la enfermedad inflamatoria intestinal, las queratinas pueden proteger la mucosa intestinal de inflamación al moderar los efectos del TNF-α, incluida su citotoxicidad. En realidad, los pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal tienen una mutación contrasentido en el gen que codifica a la queratina K8. El análisis proteómico (HPLC reversa de intercambio catiónico fuerte) de biopsias obtenidas por colonoscopia de pacientes con colitis ulcerosa activa mostró una menor concentración de proteínas del filamento intermedio insoluble (ICF), K8, K18, K19, KRT1B, vimentina y en relación con el citoesqueleto, espectrina y proteína transportadora de xinactina en tejidos inflamados; y mayor de defensina de neutrófilos 1 y proteína morfogénica ósea 410. Se requieren más evidencias sobre la interacción de las queratinas en las vías inflamatorias.

  • b

    En la enfermedad de Crohn es posible que las bacterias participen en su etiopatogenia. Debido a que la inflamación es transmural, es posible que la población de bacterias en la submucosa sea más relevante en esta inflamación crónica que las bacterias que colonizan la mucosa o la luz intestinal, y por ello se estudió el DNA extraído de submucosa intestinal de enfermos y controles11 para detectar la presencia de 30 genes de virulencia o secuencias genómicas únicas que representaran 16 especies bacterianas distintas mediante PCR en tiempo real. El 55% de las muestras (6/11) con enfermedad de Crohn contuvo secuencias del gen de invasión de intimina intestinal del E.coli patógeno y el gen de invasión Inv A de Salmonella, y 36% (4/11) mostró secuencias relacionadas con M. paratuberculosis. Al confirmarse estos hallazgos podría implementarse una terapia dirigida a la microbioma de la submucosa.

  • c

    En el cáncer de colon (CC), los estudios sofisticados que emplean una sola bacteria patógena en modelos animales libres de gérmenes demuestran el papel de la microbiota en su desarrollo. La metagenómica y la metabolómica permite distinguir, en heces fecales, que las bacterias relacionadas con el CC forman un conglomerado en función de su filogenética, de tal forma que se puede definir un perfil característico de la microbiota de pacientes con CC en el que abundan el grupo Synergistetes dynergistia y el filum Firmicutes (20 y 10 veces más prevalentes en casos e CC que en los controles)12. Además, el análisis metabolómico aglomera los metabolomas de las muestras de adenomas, lo que confirma la importancia de las bacterias y sus metabolitos en la patología del CC.

• 2.

  Tamizaje para enfermedades:

  • a.

    El tamizaje para CC se realiza casi siempre al analizar la presencia de hemoglobina en heces por histoquímica. Sin embargo, la detección de biomarcadores específicos para tumores mejora potencialmente la detección. Los biomarcadores para CC son estables en el ambiente fecal. La electroforesis en gel y nanocromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas separa con claridad en dos conglomerados a los pacientes enfermos de los sanos de acuerdo con el análisis de 13 proteínas13 que son nuevos biomarcadores potenciales para la detección temprana de CC, pero se requiere su validación.

  • b.

    Seguimiento de enfermedades. La detección de adenomas colónicos puede efectuarse mediante biopsia o análisis fecal. Asimismo, después de su resección debe comprobarse su erradicación. La comparación del metaboloma en orina que permite detectar cáncer de colon antes y después de la resección de dichos pólipos se considera una potencial prueba diagnóstica para identificar la resección exitosa o recurrencia de los pólipos14.

• 3.

  Predicción de respuesta a fármacos:

  Se encontraron predictores de éxito en pacientes con coliltis ulcerosa tratados con mesalamina15. Se agruparon 186 analitos en cinco categorías y se observó que las mujeres que respondieron a la terapia (no los hombres) tuvieron de forma inicial mayores concentraciones de anticuerpos a agentes infecciosos (virus), así como menores concentraciones de autoanticuerpos. También se mostró que las concentraciones de algunas citocinas reflejan al principio el estado inmunológico de los pacientes y podrían ser útiles para ajustar la dosis inicial de mesalamina. El análisis proteómico destacó cinco proteínas como biomarcadores de respuesta al tratamiento en esta enfermedad.

• 4.

  Desarrollo de blancos terapéuticos

  En el desarrollo de tumores se produce un aumento metabólico (por hiperproliferación) y en la microcirculación que induce la actividad de la lactato deshidrogenasa y, por lo tanto, la producción de ácido láctico a pesar de que haya abundante oxígeno. Este lactato es un combustible para las células cancerígenas. Por medio del análisis de metabolómica se demostró que esta enzima se induce en mucosas premalignas y que su inhibición podría resultar un blanco terapéutico importante16. Al regular la lactato deshidrogenasa se controla la producción de lactato y se induce la apoptosis.