O termo "metabolômica" pode abranger muitas coisas. Por exemplo, um experimento metabolômico pode ser realizado usando uma variedade de plataformas analíticas, como RMN e cromatografia gasosa e/ou líquida acoplada à espectrometria de massa. Além disso, os experimentos metabolômicos podem ser realizados de maneira direcionada ou não direcionada, ou uma combinação de ambos. Um experimento metabolômico direcionado envolverá a análise direcionada de um painel de moléculas importantes para a questão biológica em questão (por exemplo, pequenas moléculas envolvidas no ciclo do TCA permitirão a quantificação precisa dessa via). Nessa situação, a hipótese biológica está ditando a escolha dos metabólitos a serem direcionados na análise e as etapas analíticas são otimizadas para a detecção dessas moléculas. Alternativamente, um experimento metabolômico não direcionado é a geração de hipóteses. Neste caso, o experimento é realizado de maneira ampla e imparcial para permitir a detecção do maior número possível de metabólitos. Os resultados de um experimento não direcionado conduzirão a próxima etapa da pesquisa (que em muitos casos pode envolver um fluxo de trabalho metabolômico direcionado). Também é possível combinar as duas abordagens, caso em que um experimento é realizado de maneira não direcionada e, ao mesmo tempo, um painel de moléculas conhecidas é monitorado nos dados.
O tutorial apresentado aqui é focado especificamente no perfil de metabólitos não direcionados do soro. Conforme descrito acima, a abordagem não direcionada fornece uma visão imparcial dos metabólitos detectáveis, pode gerar grandes quantidades de informações e, em última análise, permitir novas descobertas. O uso dessa abordagem, empregando especificamente cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada à espectrometria de massa (UPLC-MS), está se tornando difundido 1, 2, 3 e envolve as seguintes etapas: (1) desenho experimental (2) coleta de amostras (3) preparação de amostras (4) aquisição de dados por UPLC-MS (5) pré-processamento de dados (detecção de picos, integração, alinhamento e normalização) (6) análise estatística de dados (uni e multivariada) (7) identificação de metabólitos e (8) biológico interpretação.
Atualmente, não há métodos padrão estabelecidos para o perfil de metabólitos não direcionados baseados em UPLC-MS e etapas subsequentes de pré-processamento de dados. Essa falta de padronização se deve em parte a um dos principais desafios analíticos do perfil de metabólitos; a diversidade química do metaboloma. Devido a essa diversidade, é impossível para um único método de extração ou método de aquisição por espectrometria de massa fornecer cobertura abrangente de todos os metabólitos em uma única análise. Em conceito, a cobertura de metabólitos pode ser maximizada usando múltiplas extrações (por exemplo, aquosa, metanol, clorofórmio: metanol, etc.) juntamente com várias condições cromatográficas (por exemplo, fase reversa, HILIC, etc.) e vários modos de ionização (por exemplo, íon positivo, íon negativo, ionização química, etc.). Muitas vezes, no entanto, os pesquisadores não têm um viés pré-determinado para uma classe química específica e, portanto, a despesa de realizar várias extrações e aquisições de instrumentos não é justificada, especialmente para experimentos em larga escala. Assim, o tutorial em vídeo apresentado aqui foi projetado para fornecer um procedimento geral para o perfil de metabólitos não direcionados em larga escala do soro por UPLC-MS. Isso permitirá que laboratórios novos e estabelecidos realizem esses tipos de experimentos e os blocos de construção sobre os quais eles podem expandir a abordagem para vários tipos de amostras, classes químicas específicas ou análises direcionadas. Especificamente, este protocolo incluirá as etapas de: preparação da amostra de soro, organização da amostra para estudos em larga escala, aquisição de dados UPLC-MS, procedimentos de controle de qualidade (CQ) e identificação de metabólitos. Estratégias para pré-processamento de dados e análise estatística também são apresentadas.
O protocolo não se concentrará nas etapas de projeto experimental, coleta de amostras ou interpretação de dados biológicos, pois está fora do escopo deste tutorial. No entanto, existem muitos recursos na literatura para esses tópicos e os autores incentivam os pesquisadores novos na metabolômica a explorá-los minuciosamente 4, 5, 6, 7, 8, 9. Em particular, o planejamento experimental é extremamente importante e é fundamental para o sucesso de um experimento metabolômico não direcionado. Devem ser tidos em conta factores como a replicação biológica adequada e a coerência do procedimento de colheita de amostras (por exemplo, tempo em banco, temperatura de armazenamento, tempo de armazenamento, congelamento-descongelamento, etc.) para garantir um estudo viável e facilitar a interpretação biológica adequada dos dados.