Können Stoffwechselprofile als phänotypische Ablesung des Genoms zur Verbesserung der Präzisionsmedizin verwendet werden?

Das vergangene Jahrzehnt hat erhebliche Fortschritte in den Sequenzierungstechnologien erlebt, die eine umfassende Untersuchung der genetischen Variation von Individuen zu moderaten Kosten und innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens ermöglicht haben. Personalisierte Risikobewertungen für Krankheiten und Arzneimittelreaktionen basierend auf genomischen Sequenzen sind ein Grundstein der präventiven Präzisionsmedizin und waren auch erfolgreich bei der Unterstützung therapeutischer Entscheidungen. Allerdings ist die Genomik in der Vorhersage des Ausbruchs der meisten häufigen Krankheiten (d.h. Krebs, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen) begrenzt, da genetische Informationen größtenteils statisch sind und dynamische Umweltfaktoren (d.h. Ernährung und Lebensweise) oder Einflüsse der Darmmikrobiota nicht berücksichtigen. Die Metabolomik, das Studium einer großen Sammlung von Metaboliten, bietet den Vorteil, die funktionale Ablesung von Aktivität und Phänotyp, die im Genom kodiert ist, zu messen. Daher bietet die Kombination von genetischen und metabolischen Informationen eine einzigartige Gelegenheit, weitere Einblicke zu gewinnen, wie das genetische Programm in biologische Funktionen durch Metaboliten übersetzt wird und wie Veränderungen im Programm mit dem Ausbruch von Krankheiten in Zusammenhang stehen. Dieser Ansatz hat sich bereits als sehr nützlich bei der Diagnose und dem Verständnis der Pathogenese von seltenen, erblichen Störungen des Stoffwechsels erwiesen. Darüber hinaus werden Stoffwechselprofile von der Umwelt und den Darmmikroben beeinflusst; somit hat die Metabolomik das Potenzial, die Auswirkungen nicht-genetischer Faktoren auf den Krankheitsausbruch zu entschlüsseln sowie frühe Biomarker zu identifizieren, die die Risikobewertung und Diagnose komplexer Krankheiten verbessern könnten. Dank schneller Verbesserungen in der Technologie kann die massenspektrometriebasierte Metabolomik nun ein breites Spektrum an Metaboliten zu relativ niedrigen Kosten robust profilieren (1). Das Konzept, dass genetische Variationen auf Metabolit-Ebene in einer Population erfasst werden können, wurde erstmals 2008 von Gieger et al. (2) demonstriert. Diese Studie gab einen Einblick in die Nützlichkeit der Kombination genetischer Informationen mit metabolischen Eigenschaften zum Verständnis der Pathogenese häufiger Krankheiten und des Einflusses der Umwelt. 2015 untersuchten Guo …