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Carolina SimóCientífico Titular CSIC
www.cial.uam‐csic.es/pagperso/foodomics/carolina.html
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‐ Departamento de Bioactividad y Análisis de Alimentos
‐ Departamento Biotecnología y Microbiología de Alimentos
‐ Departamento Producción y Caracterización de Nuevos Alimentos
DEPARTAMENTOS:
Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentaciónhttp://www.cial.uam‐csic.es
http://www.cial.uam‐csic.es/metabolomics.html
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Estudio sistemático de los metabolitos presentes en un sistema biológico
1. Gran variedad de moléculas con estructuras químicas muy diversas(lípidos, carbohidratos, ácidos orgánicos, aminoácidos, nucleótidos, metabolitos secundarios, etc…)
2. Intervalo de concentración dinámico grande
APROXIMACIONES / ESTRATEGIAS:
“Metabolic profiling”Estudio dirigido al análisis de un número determinado de metabolitos relacionados entre sí a través de rutas metabólicas o por su similitud estructural.
“Metabolic fingerprinting”Obtención de la mayor información posible del metaboloma de una determinada muestra para llevar a cabo la clasificación de fenotipos.
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Desde un punto de vista analítico, los alimentos se pueden considerar como complejas matrices sólidas, semisólidas, líquidas, compuestas por cientos o miles de componentes naturales (nutrientes y no nutrientes) o añadidos (aromas, conservantes, colorantes, etc.)
Alimentos
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1. Objetivo de la investigación
2. Tipo de muestra y cantidad
3. Número de muestras/réplicas biológicas
4. Técnica analíticas
5. Análisis de los datos (univariante/multivariante)
6. Validación (biológica/analítica)
7. Otros!
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
Identificación de metabolitos
Confirmación, cuantificación
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MÉTODO DE EXTRACCIÓN
Tipo de muestra
(Líquido/sólido, con/sin proteínas, etc.)
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
Identificación de metabolitos
Confirmación, cuantificación
‐ Extracción con disolventes‐ Extracción en fase sólida‐ Ultrafiltración
NO existe un método de extracción universal que permita obtener de una muestra el contenido total de metabolitos
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Espectrometría de masasMS
Resonancia Magnética NuclearNMR
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
Identificación de metabolitos
Confirmación, cuantificación
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GC LC CE
GC‐MS, GCxGC‐MS LC‐MS, LCxLC‐MS CE‐MS
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Análisis LC/GC/CE-MS:
Q/TOF MS
Cientos/miles de espectros de masas
En METABOLÓMICA el tratamiento de los datos automático es imprescindible
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
Identificación de metabolitos
Confirmación, cuantificación
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Peak alignment example
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
Identificación de metabolitos
Confirmación, cuantificación
‐ Detección de picos‐ Integración de picos‐ Alineamiento de picos (tiempo de retención/migración)
‐ Filtrado de las señales‐ Normalización‐ Otros!
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
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Análisis
Análisis estadístico
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
Identificación de metabolitos
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http://foodb.ca
26619 componentes907 alimentos
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
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‐ NMR‐ GC‐MS, GCxGC‐MS‐ LC‐MS, LCxLC‐MS‐ CE‐MS
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Análisis
Análisis estadístico
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Análisis
Análisis estadístico
Procesado de las señales
Diseño del experimento
Preparación de la muestra
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Trazabilidad
Equivalencia sustancial
Adulteración
Procesado
Salud
Legislación
ContaminaciónToxicidad
Alimentos funcionalesNutraceúticos
AllergenicityIntolerance
ConservaciónEnvasado,empaquetado
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‐ Monitorizar/seguir la evolución de un alimento (desdeel material de partida hasta el producto final).
‐ Medir/estudiar la acción de los tratamientostecnológicos (físicos, químicos, enzimáticos) o la actividad microbiológica en las propiedades del producto final.
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Traditional way of fermentation, Korea
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‐ Presencia de compuestos peligrosos provocados porbacterias, virus, parásitos, mohos, microalgas, etc.
‐ Presencia de compuestos como productosagroquímicos, contaminantes ambientales, residuosde fármacos, alérgenos, etc.
‐ Efectos no previstos en cultivos modificadosgenéticamente.
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GC‐MS
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Six of the 12 identified metabolites, namely adenine, adenosine, inosine, hypoxanthine, xanthine, and UA,are associated with purine metabolism, which is otherwise known as the UA synthesis pathway
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Prácticas como: adulteraciones, etiquetadoincorrecto/engañoso, prácticas fraudulentas (producción, procesado, disgtribución), entre otras, y que tienen unaimplicación directa en la calidad y seguridad de losalimentos.
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UPLC-LTQ/FT-ICR MS
YEAR
Quality
Cultivar
Year+quality
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Conocimiento extensivo e integrado de cómo las dietas o sus componentes afectan a los sistemas biológicos
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Principal Component Analysis (PCA) of these significant ions shows the dynamic evolution of the urine metabolome after ingestion of orange and grapefruit juice
Control
Grapefruit
Orange juice
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Zorbax Eclipse Plus C8 (2.1 mm X 100 mm, 1.8 µm)
Phase A: Water 0.01% HCOOHPhase B: ACN 0.01% HCOOH
Negative ion mode50-1100 m/z
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Since the early 2000s the highest efforts are aimed at the performance of MS analysis using “ambient” ionization techniques using combinations of different types of sample introduction systems and ionization methods
The main characteristic of ambient mass spectrometry is that it allows direct analysis of samples in open air with no or little sample preparation
Maximum high‐throughput production of information from the largest possiblenumber of samples
Ambient Mass Spectrometry
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Desorption electrospray ionization (DESI)
Electrically charged droplets are directed at the object of interest; they release ions fromthe surface, which are then vacuumed through the air into mass spectrometer
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Desorption electrospray ionization (DESI)
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Electrically charged droplets are directed at the object of interest; they release ions fromthe surface, which are then vacuumed through the air into mass spectrometer
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Ions of analyte are generated by applying a high voltage to a paper triangle wettedwith a small volume (< 10 µL) of solution.
Paper Spray Ionization
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This method provides real‐time information on sugars, amino acids, fatty acids, lipids, and alkaloids
Leaf Spray Ionization
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Carolina Simó ([email protected])www.cial.uam‐csic.es/pagperso/foodomics/carolina.html