Metabolómica de compuestos bioactivos: nuevos desarrollos metodológicos y aplicaciones

Resumen

La secuenciación del genoma humano ha dado lugar a la llamada "era post-genómic" en la cual se plantea una visión integral de los procesos biológicos que se ha visto reflejada en el desarrollo de las denominadas "tecnologías ómicas". Las principales tecnologías ómicas desarrolladas durante los últimos años son la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica. Sin embargo, el sufijo "ómica" se está aplicando a numerosas ramificaciones y disciplinas que se están estableciendo a medida que se obtiene un mayor conocimiento de las múltiples posibilidades que dichas tecnologías ómicas presentan. En este sentido, la Alimentómica (también conocida como Foodomics) ha sido recientemente definida como una nueva disciplina, que haciendo uso de las técnicas ómicas (principalmente transcriptómica, proteómica y metabolómica), permite abordar de una forma global aspectos relacionados con la bioactividad, calidad, seguridad y trazabilidad de los alimentos e investigar la relación existente entre los alimentos y la salud. La Alimentómica ofrece un enfoque holístico de la investigación en alimentos y/o de los efectos a nivel molecular asociados a los mismos. En esta Tesis Doctoral se presentan nuevas aproximaciones metodológicas para el desarrollo de herramientas metabolómicas utilizando diferentes técnicas analíticas, como la electroforesis capilar (CE), la cromatografía de líquidos (LC) y la cromatografía de gases (GC) acopladas a espectrometría de masas (MS), así como sus aplicaciones en aproximaciones relacionadas con la Alimentómica. La memoria está dividida en seis capítulos, en el Capítulo 1 se presenta como Introducción una amplia visión de la temática objetivo de esta Tesis Doctoral, así como sus fundamentos teóricos más importantes, y en el Capítulo 2 se describen los principales objetivos del trabajo realizado. El Capítulo 3 contiene cuatro Trabajos relacionados con el desarrollo de nuevas metodologías mediante CE y CE-MS y su aplicación en Alimentómica. En el primero (Capillary Electrophoresis in Food and Foodomics) y en el segundo (CE-MS in Food Analysis y Foodomics) de los trabajos contenidos en el Capítulo 3, se describe el potencial de las técnicas CE y CE-MS para el análisis de compuestos importantes en el área de la ciencia de los alimentos y se incluye una detallada descripción experimental y metodológica del uso de CE-MS para el análisis alimentómico. En el tercer trabajo del Capítulo 3 (Potential of prodendronic polyamines with modulated segmental charge density as novel coating for fast and efficient analysis of peptides and basic proteins by CE and CE-MS) se investiga el uso de una nueva familia de polímeros como recubrimientos adsorbidos físicamente a la pared del capilar para el análisis de péptidos y proteínas básicas por CE-UV y CE-MS. En concreto, se investigan diferentes recubrimientos poliméricos basados en un homopolímero de 2-(3 (bis(2(dietilamino)etil)amino)propanamido)etil metacrilato (TEDETAMA) y tres copolímeros de TEDETAMA, estos últimos sintetizados con unidades neutras de N-(2-hidroxipropil) metacrilamida (HPMA) en diferentes porcentajes molares. Además de prevenir las interacciones de proteínas y péptidos con la pared interna del capilar, los polímeros de TEDETAMA también permiten invertir el flujo electroosmótico. Entre los polímeros investigados, el recubrimiento capilar con TEDETAMA-co-HPMA (50:50) presenta la capacidad de separar péptidos y proteínas en tiempos cortos de migración y con buena resolución. Además, el método desarrollado con este recubrimiento polimérico permite el análisis de proteínas básicas, como la lisozima, en muestras de alimentos como el queso. El cuarto trabajo del Capítulo 3 (Anionic metabolite profiling by capillary electrophoresis–mass spectrometry using a noncovalent polymeric coating. Orange juice and wine as case studies) está dirigido al desarrollo de una nueva estrategia analítica para el análisis del perfil metabólico de aniones por CE-MS, empleando un recubrimiento capilar con el copolímero TEDETAMAco- HPMA (50:50) con la finalidad de invertir y estabilizar el flujo electroosmótico. El empleo del mencionado copolímero como recubrimiento capilar catiónico permite la separación de metabolitos aniónicos en tiempos de análisis cortos y con alta reproducibilidad y eficacia. En el Capítulo 4 se desarrolla una aproximación metabolómica para evaluar el efecto de los compuestos bioactivos de romero, ácido carnósico, carnosol y rosmanol, en un modelo in vitro de células de hígado humano (HepaRG). Con el fin de maximizar la cobertura del metaboloma analizado, se ha empleado una aproximación metabolómica multiplataforma basada en GC-MS y LC-MS. La combinación de los resultados de las diferentes plataformas analíticas permite aumentar el número de metabolitos identificados y evaluar su expresión significativamente diferente en células HepaRG tras el tratamiento con los mencionados diterpenos de romero. En el Capítulo 5 se presenta una discusión general y en el Capítulo 6 se recogen las conclusiones finales de los principales trabajos realizados en esta Tesis Doctoral. Además, se incluyen como anexos a la memoria tres artículos de investigación que han sido realizados en colaboración con el Dr. Guillaume L. Erny, de la Universidade do Porto, durante el período de desarrollo de esta Tesis Doctoral.