糖类组学与脂质组学杂志
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疾病诊断中的基因组学与代谢组学

苏布拉马尼亚姆·万加拉

研究疾病诊断中的基因组学与代谢组学。本研究重点关注疾病诊断中的代谢组学，以及基因型-表型相结合的方法如何帮助准确的疾病诊断，特别是在疾病的早期阶段。 尽管技术取得了许多进步，疾病诊断准确，但它仍然是医学界对患者进行有效精准护理的主要障碍。疾病需要长达二十年的时间才能被发现，而晚期诊断却得不到治疗，数十亿美元被浪费在患者护理上。主要原因是疾病发生和进展的生物学机制过于复杂，二十年来发生的无声级联事件没有任何重大症状，因此疾病可能逃避早期诊断。辅助常规晚期疾病诊断 通过 MRI、CT 扫描、活检组织病理学分析结合临床化学，但没有任何可治愈的治疗方案。因此，不幸的是，许多时候仅采用侵入性手术干预来进行治疗，延长了患者的生命，但治疗选择却难以负担。 新药的发现也受到疾病进展生物学的复杂性的阻碍。在过去的二十年中，以基因组学为中心的诊断已成为识别疾病的主要焦点，但其在医学界准确诊断疾病的应用仍远未实现。此外，基因诊断正在识别一种疾病的多种突变，例如自闭症中的 800 多种突变让科学界感到困惑。 发现疾病发生过程的新的早期靶点非常重要，因此适合预防性 治疗以防止疾病进展。随着对营养缺乏症基础营养素的科学认识的建立，确定饮食在代谢调节中的作用已成为营养研究的一个关键科学目标。随着人们认识到生活中的许多现代疾病都是部分与饮食有关的微妙但慢性的代谢失衡的结果，饮食对健康的重要性变得更加明显。尽管医学在过去的一个世纪里成功治疗的许多疾病都是由外源毒素或病原微生物引起的，但代谢性疾病包括动脉粥样硬化、肥胖、高血压、2型糖尿病、骨质疏松和各种炎症性疾病  是由正常代谢途径的慢性失衡引起的。因此，这些疾病对包括营养在内的传统公共卫生干预的各个方面都提出了巨大的挑战。饮食是问题的一部分，营养应该在代谢性疾病的预防中发挥至关重要的作用。代谢平衡不仅与必需营养素在其充足限度内的存在有关，而且还与饮食中必需营养素的比例和非必需成分的丰富程度有关。由于饮食策略寻求改变新陈代谢以实现健康益处，因此准确了解每种营养素的最佳摄入量的重要性导致有必要重新定义超出充足所需量的营养素摄入量的安全性。新策略，必须建立技术和知识来评估专门为长期影响新陈代谢而设计的饮食的功效和安全性。基因组技术诊断、药物和营养研究人员正在开发新方法来识别、预防和逆转代谢失衡。支持这些方法的科学武器库中的新武器是基因组学和全球基因表达技术中出现的工具。除了提供基因及其功能的新知识之外，基因组学还推动了生物科学家观点的变化：“系统方法”。直到最近，了解生物反应、结构、催化剂和生命信号的严格研究在很大程度上还是还原论。科学家们将他们的生物学兴趣缩小到越来越狭窄的领域，以了解分子机制。营养学家还更加关注分子细节，以了解饮食中的营养素如何对生物学产生影响。这些方法虽然成功地理解了特定机制，但失去了检查整个生物有机体更大行为的能力。然而，基因组技术改变了营养研究的策略。现在可以同时测量数千个生物事件的分子细节。有了这些原则，科学家们正在扩展基因表达的分析及其全球视角，以检查生物组织、蛋白质和代谢物的其他层。计算机能力的大幅提高是这些科学成就的核心。计算机数据管理能力的扩展使基因组学成为可能，也使营养干预的新未来成为可能：个性化健康。所有生物学科的科学家都将计算机驱动的基因组学视为了解生物多样性的最终关键。致病性和良性病毒和细菌之间的差异正在从基因组研究中显现出来。有趣的是，营养领域正在转向生物多样性和人类个体差异的复杂问题。基因组学不会是唯一的，也可能不是最重要的营养平台。营养科学家将使用具有组学细节、蛋白质组学和代谢组学的基因下游产物。 评估后基因组时代的有效性和安全性在传统公共卫生中，健康的定义是没有疾病。实际上，使用大量生物标志物“诊断”个体是否存在各种疾病，这些生物标志物的存在反映了病原体、毒素、失调细胞或营养缺乏的明确存在或后果。这些诊断同时识别疾病的存在和生理基础。如果个体在经过一系列完整的诊断后没有表现出任何疾病生物标志物的存在，则被判断为健康的。这一策略即使不是几个世纪，也几十年来一直非常有效。但随着医学在治疗某些疾病方面取得成功，其余的健康问题已被证明具有独特的性质，因此需要截然不同的检测、预防和治疗策略。长期慢性代谢失衡导致的疾病在疾病得到充分证实之前不一定会产生损害的生物标志物。更糟糕的是，仅仅通过恢复新陈代谢特定方面的正常平衡是不可能逆转慢性疾病的。显然，预防是必要的，因为在损伤发生之前恢复最佳代谢。然而，如果要在发生明显损害之前逆转代谢失衡，则必须能够检测代谢失衡本身，即通过要求代谢评估。此外，代谢评估必须相对全面，以确定任何可能导致疾病的途径中的潜在不平衡。动脉粥样硬化是困扰大部分人口的疾病的一个例子，这种疾病不是由急性外源性因素引起的，而是由胆固醇内源性代谢的慢性失衡引起的。事实证明，从抗击动脉粥样硬化的斗争中汲取的经验教训对于制定解决具有重要营养成分的其他代谢问题的策略非常有价值。胆固醇是一种非常难以定量分析的分子，然而，几十年来，科学家们开发出了越来越准确的方法来测量血液室中的胆固醇。有了这些技术，临床研究人员就可以对血液中的胆固醇进行常规测量，将这些测量值与发生动脉粥样硬化的相对概率联系起来。历史现在证明了这些调查的成功，尽管必须承认科学投资是巨大的，近四打诺贝尔奖获得者因研究胆固醇而获奖。由于他们的成功，人们经常对个人的血液胆固醇进行高度定量的监测。临床医生和个人都可以获得有关胆固醇浓度的个人数据。有了这些关键的代谢信息，科学和工业的各个方面都致力于了解个人如何通过饮食、药物和锻炼来改变胆固醇浓度。这些知识使每个人能够评估个人胆固醇信息作为风险，更重要的是，他们如何通过药物、饮食和生活方式改变新陈代谢以降低个人风险。美国 通过建立一个雄心勃勃的全国性项目“国家胆固醇教育计划”，将该战略作为公共政策实施。降低胆固醇成为公众目标。当原本健康的人知道自己因胆固醇水平而面临患心脏病的风险时，降低胆固醇的药物的价值就变得清晰起来。这种单一的预后标志物现已成为价值数十亿美元的医药市场的基础，通过降低疾病风险为数百万人带来显着利益。当原本健康的人知道自己因胆固醇水平而面临患心脏病的风险时，降低胆固醇的药物的价值就变得清晰起来。这种单一的预后标志物现已成为价值数十亿美元的医药市场的基础，通过降低疾病风险为数百万人带来显着利益。当原本健康的人知道自己因胆固醇水平而面临患心脏病的风险时，降低胆固醇的药物的价值就变得清晰起来。这种单一的预后标志物现已成为价值数十亿美元的医药市场的基础，通过降低疾病风险为数百万人带来显着利益。 现在可以将通过胆固醇和动脉粥样硬化研究开发的成功原理与基因组学和营养学新技术相结合，以推进更大规模、更全面的代谢健康战略。这些新策略的关键要素是将生物标志物与定量代谢物概况区分开来，从人群建议转向个体指导，将孤立的生化目标结合到综合代谢中，并增强对必需营养素的了解以解决整体饮食问题。营养学正在这一战略中不断向前发展，从而极大地扩大了其影响力，并为通过预防疾病来改善公众健康提供了机会。在这种新的健康范式中，食品和食品成分的毒性和功效也正在被重新审视。