GoodFood – Сопоставление образцов крови или кала со справочной базой данных продуктов питания показывает, насколько химический состав нашего организма зависит от того, что мы потребляем.
Международная группа ученых, возглавляемая исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего, сообщает о новом методе под названием «нецелевая метаболомика», позволяющем идентифицировать огромное количество молекул, полученных из пищи, которые ранее не были идентифицированы, но которые появляются в нашей крови и кале.
Метод, описанный в выпуске Nature Biotechnology, сопоставил все продукты метаболизма в образце с большими базами данных образцов, где были доступны химические запасы, предоставив беспрецедентный каталог сигнатур молекул, созданных при потреблении пищи или ее переработке в нашем кишечнике.
Авторы заявили, что при широком использовании новый подход может значительно расширить понимание источников химических веществ во многих видах образцов человека, животных и окружающей среды.
«Нецелевая масс-спектрометрия — это очень чувствительный метод, который позволяет обнаруживать от сотен до тысяч молекул, которые теперь можно использовать для составления профиля питания отдельных людей», - сказал соавтор исследования, доктор философии, директор Инновационного центра совместной масс-спектрометрии в Школе фармации и фармацевтических наук Скаггса в Калифорнийском университете в Сан-Диего Питер Доррестейн.
«Расширенная способность понимать, как то, что мы едим, превращается в продукты и побочные продукты метаболизма, имеет прямое значение для здоровья человека. Теперь мы можем использовать этот подход для эмпирического получения информации о рационе питания и понимания взаимосвязи с клиническими результатами. Теперь можно связать молекулы в рационе с результатами для здоровья не по одной, а все сразу, что раньше было невозможно», - сказал он.
Метаболомика включает в себя всестороннее измерение всех метаболитов в биологическом образце. Метаболиты — это вещества, обычно небольшие молекулы, образующиеся или используемые организмом при расщеплении пищи, лекарств, химических веществ или собственных тканей. Они являются продуктами обмена веществ. В исследовании также использовался аналогичный метод, метагеномика, для измерения генетического материала в биологических образцах и характеристики присутствующих микробов.
Текущие исследования метаболомики аннотируют или идентифицируют только 10% молекулярных особенностей в отобранных образцах, оставляя 90% материала неизвестными. Новый подход использует анализ на основе справочных данных (RDD) для сопоставления метаболомических данных, полученных с помощью тандемной масс-спектрометрии или MS /MS (аналитический инструмент, который измеряет молекулярную массу с помощью двух анализаторов вместо одного), с данными, аннотированными метаданными, представляет собой справочную библиотеку псевдо-MS/MS.
По сути, каждая молекула лишается электронов, чтобы сделать ее заряженной. Заряженный ион взвешивается с помощью очень чувствительных весов, затем разбивается на кусочки, и эти кусочки взвешиваются, создавая уникальный отпечаток пальца для каждой молекулы.
Эти наборы фрагментов или «спектры фрагментации» могут быть сопоставлены между анализируемым образцом и справочной базой данных. Однако до сих пор этот процесс был очень сложным.
В новой работе исследователи исследовали тысячи продуктов, внесенных людьми по всему миру в рамках Глобальной инициативы по фудомике, запущенной в Калифорнийском университете в Сан-Диего семь лет назад, опираясь на успех проекта citizen-science American Gut Project / Инициативы Microsetta. Ученые увеличили объем своих данных более чем в пять раз по сравнению с традиционными методами. Новый метод позволил использовать нецелевую метаболомику для определения рациона питания на основе анализа кала или крови.
Авторы сказали, что анализ RDD позволил им проанализировать модели питания (например, веганский или всеядный) и потребление конкретных продуктов, а в более общем плане сопоставить данные с любыми существующими справочными базами данных.
«Этот прогресс имеет решающее значение, потому что традиционные методы измерения рациона питания, такие как пищевые дневники или опросники частоты приема пищи, требуют сложного заполнения и очень сложны в точности.
Возможность считывать рацион питания непосредственно из образца имеет огромное значение для исследований в таких группах населения, как люди с болезнью Альцгеймера, которые могут быть не в состоянии вспомнить или объяснить, что они ели», - рассказал соавтор исследования Роб Найт, доктор философии, директор Центра инноваций в области микробиома Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Особый интерес, по словам Доррестейна и Найта, представляли значительные улучшения в количестве молекул в крови или кале, которые можно было бы объяснить, если бы продукты питания соответствовали населению, например, соответствие продуктов питания из Италии людям с полуострова Чиленто, где ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего сотрудничают в исследовании долгожителей.
«Это действительно показывает, насколько важно будет получить как образцы продуктов питания, так и клинические образцы от людей по всему миру, чтобы понять, как наши молекулы и микробы работают вместе, чтобы улучшить или ухудшить наше здоровье в зависимости от диеты, которую мы едим», - сказал Найт.
