Explorando el Exposoma

Medir las exposiciones complejas que enfrentan los seres humanos desde el momento de la concepción y el impacto en su salud a lo largo de su vida.

Desde el momento en que se concibe un bebé, los genes controlan su desarrollo y salud. Pero no lo hacen solos. El exposoma, que son todas las exposiciones químicas internas y externas que experimentamos durante nuestras vidas, influye, para bien o para mal, en los genes y proteínas que codifican. Una mejor comprensión del exposoma ayudaría a los científicos a identificar cómo los factores no genéticos influyen en las reacciones biológicas y posiblemente contribuyan al desarrollo de enfermedades crónicas.

¿Qué es el exposoma?
El exposoma humano es el equivalente ambiental del genoma humano. Representa las complejas exposiciones a las que están sujetos los seres humanos a lo largo de su vida, incluida la dieta, los factores de estilo de vida y las influencias sociales: los alimentos que comemos y los medicamentos que tomamos, los contaminantes en el agua y el aire, la radiación ionizante de la luz solar y otras fuentes, la actividad biosintética de las bacterias que viven dentro y fuera de nosotros, e incluso la contaminación acústica. El exposoma también incorpora cómo nuestros cuerpos responden a estos desafíos; abarca gran parte de lo que llamamos “crianza”. Sin embargo, se sabe poco acerca de cómo estas exposiciones afectan realmente a los seres humanos o cómo influyen potencialmente en la aparición de enfermedades como enfermedades cardiovasculares, diabetes, asma, Alzheimer, cáncer y otras afecciones crónicas.

Orígenes de la ciencia del exposoma
Hay una ecuación en genética: P = G + E. En inglés, significa que el fenotipo de un individuo (salud observable y rasgos físicos) es la suma de su genética y medio ambiente. Quizás la E debería significar “Exposoma”, un término utilizado por primera vez por el epidemiólogo del cáncer Christopher Wild en su artículo de 2005, “Complementando el genoma con un ‘Exposoma’: el desafío excepcional de la medición de la exposición ambiental en la epidemiología molecular”. En el artículo, el Dr. Wild discutió la importancia y el impacto potencial de las exposiciones ambientales en la salud humana y postuló que la mejor manera de caracterizar estos impactos sería aplicar las herramientas utilizadas en genómica, proteómica y metabolómica.

El exposoma abarca toda una vida de exposiciones

Desentrañar el exposoma requiere la identificación, caracterización y cuantificación de las exposiciones exógenas y endógenas que enfrentan los seres humanos, así como de los factores de riesgo modificables que predisponen a una persona a padecer enfermedades a lo largo de su vida. Como se mencionó, el concepto de exposoma surgió como un complemento a la idea del genoma humano. Aunque la decodificación del genoma humano aumentó nuestra comprensión de las causas genéticas subyacentes de la enfermedad, el análisis genómico solo explica parte de la carga de la enfermedad.

Considere simultáneamente tanto la naturaleza como la crianza
Los factores ambientales y de estilo de vida son igualmente o incluso más importantes que la genética para determinar la susceptibilidad, la aparición y la exacerbación de enfermedades humanas. La ciencia del exposoma promete proporcionar el marco conceptual para comprender la compleja red de interacciones entre los genes y el medio ambiente y su asociación causal con la enfermedad. Proporciona el ímpetu para revisar el dilema naturaleza versus crianza hacia una perspectiva integrada de la enfermedad humana definida por interacciones complejas y dinámicas entre la secuencia de ADN, las modificaciones epigenéticas del ADN, la expresión génica, el perfil de metabolitos y los factores ambientales que se combinan para influir en los fenotipos de la enfermedad.

Entrar en el paradigma del exposoma
El paradigma del exposoma estudia las causas no genéticas de las enfermedades crónicas. Para utilizar este paradigma para descifrar las complejas interacciones que causan o exacerban la enfermedad humana, se debe evaluar la conectividad entre varios factores de riesgo y modificadores en diversas dimensiones biológicas. Esta interacción define la susceptibilidad humana a los factores de estrés externos.
El paradigma del exposoma motiva los estudios de las causas no genéticas de las enfermedades crónicas de la misma manera que el estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) explora las causas genéticas. La descripción del exposoma humano requiere una amplia gama de tecnologías de vanguardia que abarcan ciencia e ingeniería ambiental y de exposición, bioquímica, biología molecular, toxicología, bioinformática y epidemiología. Estas técnicas están organizadas en flujos de trabajo específicos que brindan información adicional sobre la carga ambiental de enfermedades.

La investigación del genoma humano y las enfermedades
Uno de los mayores logros científicos de los últimos 30 años ha sido la secuenciación del genoma humano. Desde entonces, el enfoque principal de la investigación de enfermedades ha sido la identificación de asociaciones estadísticas entre el tipo más común de variación genética y la enfermedad en grandes estudios comúnmente conocidos como estudios de asociación de todo el genoma.
Aunque estos estudios han arrojado mucha luz sobre muchos factores que causan enfermedades, es cada vez más evidente que los factores genéticos por sí solos pueden no ser la principal causa de enfermedad. En general, la genética representa menos del 20 por ciento de las enfermedades, que van desde alrededor del 3 por ciento para la leucemia hasta casi el 50 por ciento para el asma. La heredabilidad genética de la enfermedad a nivel de la población promedia alrededor del 50 por ciento.
De hecho, muchas enfermedades crónicas no tienen un origen puramente genético, algo que los científicos han sabido durante décadas, y se ha demostrado que los factores no genéticos desempeñan un papel cada vez más dominante en su contribución a la enfermedad.

Una nueva era en la ciencia de la salud ambiental

Explorar la causalidad de la enfermedad en lugar de simplemente las asociaciones con factores estresantes para la salud y factores modificadores del riesgo requiere una comprensión mecanística de todos los eventos intermedios relacionados con la homeostasis perturbada. La identificación de las perturbaciones requiere adquisición e interpretación de datos de alto rendimiento respaldada por modelos de biología de sistemas y bioinformática avanzada. Con estas herramientas, las vías biológicas y metabólicas reales relacionadas con los resultados adversos para la salud se pueden distinguir de las perturbaciones que se superan de manera eficiente mediante mecanismos de defensa inherentes.
Teniendo en cuenta la evaluación de riesgos para la salud, el paradigma del exposoma abre el camino a una nueva era en la ciencia de la salud ambiental y la evaluación de riesgos químicos; reúne herramientas analíticas de alto rendimiento, análisis de big data y modelado inspirado en la biología para comprender las asociaciones multicausales de enfermedades complejas. La buena noticia es que esto está sucediendo ahora con los gobiernos de todo el mundo que reconocen esta disparidad y financian la investigación del exposoma a gran escala.

Conclusión
El paradigma del exposoma facilitará la traducción de la investigación aplicada en intervenciones educativas, conductuales y de mitigación de riesgos basadas en políticas. Es un área de investigación compleja que requiere herramientas sofisticadas y de amplia base. Agilent ofrece una amplia gama de hardware, software y soluciones informáticas para esta investigación multiómica, incluidos sistemas de análisis químico y biológico que van desde espectrómetros de masas de tiempo de vuelo de fase líquida y fase gaseosa de grado de investigación, espectrómetros de masas de triple cuadrupolo, espectrómetros de masas de triple cuadrupolo de masa de plasma acoplados inductivamente, PCR en tiempo real y software sofisticado como el Agilent Mass Hunter Profiler Professional, para detectar asociaciones de enfermedades a partir de conjuntos de datos complejos y multidimensionales.

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