ADVANCING EXPOSOMICS RESEARCH

Význam tématu

Exposom představuje kumulativní součet vnějších i vnitřních expozic a jejich biologických odezev během životního cyklu jedince. Analýza exposomu pomocí systémově orientovaných omických metod otevírá nové možnosti pro pochopení příčin chronických onemocnění a doplňuje genetické a epigenetické studie.

Cíle a přehled studie

Cílem prezentovaného přístupu je integrovat platformy hmotové spektrometrie a bioinformatiky pro charakterizaci a kvantifikaci expozomu. Studie demonstruje aplikaci multiplatformního omického workflow, včetně Exposome-Wide Association Studies (EWAS), na srovnání expozičních profilů mezi zdravými a nemocnými populacemi získanými z prospektivních longitudinálních kohort.

Použitá metodika

Pro komplexní sledování expozičních markerů byly využity tři hlavní omické disciplíny: metabolomika, proteomika a genomika. Analyzovaly se biologické vzorky (krev, sérum, plazma, moč, biopsie) pomocí separačních technik LC, GC, SFC a CE spojených s vysoce citlivou detekcí na hmotových spektrometrech. Bioinformatické nástroje umožňují extrahovat kvantitativní signály, provádět statistické asociační analýzy a mapovat signifikantní zjištění na biologické dráhy.

Použitá instrumentace

• Agilent 1290 Infinity II HPLC spojený s 6550 Q-TOF iFunnel pro vysokou citlivost a přesnost hmotnostního měření
• Agilent 7200B Quadrupole Time-of-Flight GC/MS pro analýzu těkavých a polotěkavých látek
• Agilent 6470 Triple Quadrupole LC/MS ve spojení s 1290 Infinity II pro kvantitativní analýzy nízkokoncentrovaných látek
• Chromatografické kolony J&W Ultra Inert a InfinityLab navržené pro optimální inertnost a nízký šum pozadí
• Ionizační technologie Jet Stream a ion-funnel zvyšující citlivost detekce
• Bioinformatický software MassHunter, Spectrum Mill, Agilent-METLIN, Profinder, VistaFlux, Mass Profiler Professional a GeneSpring GX pro získávání a vyhodnocování omických dat

Hlavní výsledky a diskuse

Dr. Rappaport ukázal, že vysoké rozlišení a sub-ppm přesnost detektorů Q-TOF výrazně zlepšují schopnost detekovat a charakterizovat nízkoconcentrované expoziční látky v krevních vzorcích a správně je anotovat pomocí MS/MS dat. Dr. Kingston prokázal, že kombinace ICP-MS, GC/MS/MS a LC/MS/MS umožňuje cílenou a vysoce přesnou kvantifikaci environmentálních toxinů v biologických matricích, což napomáhá pochopení jejich role v patogenezi autismu.

Přínosy a praktické využití metody

• Urychlení objevu biomarkerů environmentálních expozic
• Podpora epidemiologických studií a hodnocení zdravotních rizik
• Standardizované workflow vhodné pro QA/QC v průmyslových a výzkumných laboratořích
• Možnost sledování individuální expozice pro personalizované intervence

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další prohloubení integrace umělé inteligence a strojového učení pro analýzu rozsáhlých omických datových sad, rozvoj real-time monitoringu expozomu s nositelnými senzory a rozšíření multi-omických přístupů o fyziologické a environmentální parametry pro komplexní hodnocení zdravotního stavu.

Závěr

Exposomika je zásadní komplement k genomickým studiím, který umožňuje komplexněji odhalit vliv environmentálních expozic na lidské zdraví. Představené omické platformy a bioinformatické nástroje nabízejí robustní end-to-end řešení pro výzkum expozičních faktorů a jejich spojitostí s chorobami.

Reference

1. Wild C. Complementing the genome with an exposome: the outstanding challenge of environmental exposure measurement in molecular epidemiology. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2005;14(8):1847–1850.
2. Rappaport SM, Smith MT. Environment and disease risks. Science. 2010;330(6003):460–461.
3. Smith MT, de la Rosa R, Daniels SI. Using exposomics to assess cumulative risks and promote health. Environ Mol Mutagen. 2015;56(9):715–723.
4. Rappaport SM, Barupal D, Wishart D, Vineis P, Scalbert A. The blood exposome and its role in discovering causes of disease. Environ Health Perspect. 2014;122(8):769–774.
5. Faber S, Zinn GM, Boggess A, et al. A cleanroom sleeping environment’s impact on markers of oxidative stress, immune dysregulation, and behavior in children with autism spectrum disorders. BMC Complement Altern Med. 2015;15:71.
6. Kingston HM, Rahman M. EPA Method 6800, Elemental and Molecular Speciated Isotope Dilution Mass Spectrometry. SW-846 Update V. Government Printing Office; 2015.
7. Fahrenholz T, Wolle MM, Kingston HM, et al. Molecular speciated isotope dilution mass spectrometric methods for accurate quantification of glutathione in biological samples. Anal Chem. 2015;87:1232–1240.
8. Smith MT, Macherone A. GC-MS/MS analysis of persistent organic pollutants in small volumes of human plasma. Agilent Technol Overview. 2016 Feb;(5991-6595EN).
9. Rappaport SM, Macherone A. Using the blood exposome to discover causes of disease. Agilent Technol Overview. 2013 Sep;(5991-3418EN).
10. Macherone A. Targeted exposomics: profiling urinary organic acids. Agilent Application Note. 2013 Nov;(5991-3541EN).