7 Luglio, 2022
L’abbinamento di campioni di sangue o feci a un database di riferimento di alimenti rivela quanta parte della chimica del nostro corpo è riconducibile a ciò che consumiamo
Un team internazionale di scienziati, guidato da ricercatori dell’Università della California di San Diego, riporta un nuovo metodo chiamato metabolomica non mirata per identificare il vasto numero di molecole derivate dal cibo che prima non erano identificate, ma che appaiono nel nostro sangue e nelle nostre feci.
Il metodo, descritto nel numero del 7 luglio 2022 di Nature Biotechnology, ha abbinato tutti i prodotti del metabolismo in un campione a grandi database di campioni in cui erano disponibili inventari chimici, fornendo un catalogo senza precedenti delle firme molecolari create dal consumo di cibo o da elaborandolo nel nostro intestino.
Gli autori hanno affermato che, ampiamente utilizzato, il nuovo approccio potrebbe ampliare notevolmente la comprensione delle fonti di sostanze chimiche in molti tipi di campioni umani, animali e ambientali.
“La spettrometria di massa non mirata è una tecnica molto sensibile che consente il rilevamento da centinaia a migliaia di molecole che ora possono essere utilizzate per creare un profilo dietetico degli individui”, ha affermato il co-autore Pieter Dorrestein, PhD, direttore della Collaborative Mass Spectrometry Innovation Center presso la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences presso l’Università della California a San Diego.
“La maggiore capacità di comprendere come ciò che mangiamo si traduce in prodotti e sottoprodotti del metabolismo ha implicazioni dirette per la salute umana. Ora possiamo utilizzare questo approccio per ottenere informazioni sulla dieta empiricamente e comprendere le relazioni con i risultati clinici. È ora possibile collegare le molecole in dieta per la salute esiti non uno alla volta, ma tutto in una volta, cosa che non era possibile prima”.
La metabolomica implica la misurazione completa di tutti i metaboliti in un campione biologico. I metaboliti sono le sostanze, solitamente piccole molecole, prodotte o utilizzate quando un organismo scompone cibo, farmaci, sostanze chimiche o i suoi stessi tessuti. Sono i prodotti del metabolismo. Lo studio ha anche utilizzato una tecnica correlata, la metagenomica, per misurare il materiale genetico in campioni biologici e caratterizzare i microbi presenti.
Gli attuali studi di metabolomica annotano o identificano solo il 10% delle caratteristiche molecolari nei campioni campionati, lasciando il 90% del materiale sconosciuto. Il nuovo approccio utilizza l’analisi basata sui dati di riferimento (RDD) per confrontare i dati metabolomici derivati dalla spettrometria di massa tandem o MS/MS (uno strumento analitico che misura il peso molecolare utilizzando due analizzatori anziché uno) con i dati annotati dai metadati è uno pseudo- Libreria di riferimento MS/MS.
In sostanza, ogni molecola viene privata degli elettroni per caricarla. Lo ione carico viene pesato utilizzando una bilancia molto sensibile, quindi frantumato in pezzi e quei pezzi pesati, creando un’impronta digitale unica per ogni molecola.
Queste raccolte di pezzi o “spettri di frammentazione” possono essere abbinati tra il campione analizzato e un database di riferimento. Tuttavia, fino ad ora il processo è stato molto impegnativo.
Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno studiato migliaia di alimenti forniti da persone in tutto il mondo nell’iniziativa Global FoodOmics lanciata all’UC San Diego sette anni fa, basandosi sul successo dell’American Gut Project/The Microsetta Initiative di citizen science. Gli scienziati hanno aumentato la loro produzione di dati di oltre cinque anni rispetto alle tecniche convenzionali. Ancora più importante, il nuovo metodo ha consentito di utilizzare una metabolomica non mirata per determinare la dieta sulla base di feci o campioni di sangue.
Gli autori hanno affermato che l’analisi RDD ha consentito loro di analizzare i modelli dietetici (vegani contro onnivori, ad esempio) e il consumo di alimenti specifici e, più in generale, di confrontare i dati con qualsiasi database di riferimento esistente.
“Questo progresso è fondamentale perché i metodi tradizionali per misurare la dieta, come i diari alimentari o i questionari sulla frequenza degli alimenti, sono difficili da compilare e molto difficili da eseguire con precisione”, ha affermato il co-autore Rob Knight, PhD, direttore del Center for Innovazione del microbioma alla UC San Diego.
“La possibilità di leggere direttamente la dieta da un campione ha enormi implicazioni per la ricerca in popolazioni come le persone con malattia di Alzheimer, che potrebbero non essere in grado di ricordare o spiegare cosa hanno mangiato. E nelle applicazioni di conservazione della fauna selvatica. Buona fortuna per avere un ghepardo o un gorilla, per citare solo due specie tra le centinaia che stiamo studiando, per compilare un diario alimentare”.
Di particolare interesse, hanno affermato Dorrestein e Knight, sono stati i grandi miglioramenti nel numero di molecole nel sangue o nelle feci che potrebbero essere spiegati quando i prodotti alimentari sono stati abbinati alla popolazione, come l’abbinamento di cibo dall’Italia a persone della penisola del Cilento dove UC San Gli scienziati di Diego stanno collaborando a uno studio sui centenari.
“Questo mostra davvero quanto sarà importante ottenere campioni di cibo e campioni clinici da persone di tutto il mondo per capire come le nostre molecole e i microbi lavorano insieme per migliorare o degradare la nostra salute in base alle diete che mangiamo”, ha affermato Knight.
“Questo studio indica anche la strada verso l’utilizzo dell’RDD per spiegare la materia oscura nel nostro metaboloma”, ha aggiunto Dorrestein, “non solo in termini di dieta, ma nell’esposizione alle sostanze chimiche dai vestiti che indossiamo, dai farmaci che assumiamo, dai prodotti di bellezza applichiamo e gli ambienti a cui siamo esposti. Ci permetterà davvero di esplorare le connessioni chimiche tra noi stessi e il mondo in cui abitiamo”.
Fonte:
Materials provided by University of California – San Diego. Original written by Scott La Fee.
Riferimenti:
- Julia M. Gauglitz, Kiana A. West, Wout Bittremieux, Candace L. Williams, Kelly C. Weldon, Morgan Panitchpakdi, Francesca Di Ottavio, Christine M. Aceves, Elizabeth Brown, Nicole C. Sikora, Alan K. Jarmusch, Cameron Martino, Anupriya Tripathi, Michael J. Meehan, Kathleen Dorrestein, Justin P. Shaffer, Roxana Coras, Fernando Vargas, Lindsay DeRight Goldasich, Tara Schwartz, MacKenzie Bryant, Gregory Humphrey, Abigail J. Johnson, Katharina Spengler, Pedro Belda-Ferre, Edgar Diaz, Daniel McDonald, Qiyun Zhu, Emmanuel O. Elijah, Mingxun Wang, Clarisse Marotz, Kate E. Sprecher, Daniela Vargas-Robles, Dana Withrow, Gail Ackermann, Lourdes Herrera, Barry J. Bradford, Lucas Maciel Mauriz Marques, Juliano Geraldo Amaral, Rodrigo Moreira Silva, Flavio Protasio Veras, Thiago Mattar Cunha, Rene Donizeti Ribeiro Oliveira, Paulo Louzada-Junior, Robert H. Mills, Paulina K. Piotrowski, Stephanie L. Servetas, Sandra M. Da Silva, Christina M. Jones, Nancy J. Lin, Katrice A. Lippa, Scott A. Jackson, Rima Kaddurah Daouk, Douglas Galasko, Parambir S. Dulai, Tatyana I. Kalashnikova, Curt Wittenberg, Robert Terkeltaub, Megan M. Doty, Jae H. Kim, Kyung E. Rhee, Julia Beauchamp-Walters, Kenneth P. Wright, Maria Gloria Dominguez-Bello, Mark Manary, Michelli F. Oliveira, Brigid S. Boland, Norberto Peporine Lopes, Monica Guma, Austin D. Swafford, Rachel J. Dutton, Rob Knight, Pieter C. Dorrestein. Enhancing untargeted metabolomics using metadata-based source annotation. Nature Biotechnology, 2022; DOI: 10.1038/s41587-022-01368-1
University of California – San Diego. “‘You are what you eat,’ and now researchers know exactly what you’re eating: Matching blood or stool samples to a reference database of foods reveals how much of our body chemistry is traceable to what we consume.” ScienceDaily. ScienceDaily, 7 July 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220707133613.htm>.