Metabolomics ist ein neuer Zweig der analytischen Biochemie, der mit dem Stoffwechsel zu tun hat – dem Prozess der Umwandlung von Nahrungsenergie in mechanische Energie oder Wärme. Die Nebenprodukte des Stoffwechsels, sogenannte Metabolite, entstehen in biologischen Proben wie Urin, Speichel und Blutplasma. Metabolomics bezieht sich auf die Untersuchung dieser Metabolitenprofile, wie sie in biologischen Proben erzeugt werden. In der Pflanzenbiologie werden spezifische Gewebeproben für das Metaboliten-Profiling verwendet. Metabolomics wuchs zusammen mit Genomik und Proteomik ab Mitte der 1990er Jahre als Ergebnis des Human Genome Project, einem Projekt zur Kartierung des menschlichen Gensystems.
Zellaktivitätsprozesse wie Zellsignalisierung, Energietransfer und Zell-zu-Zell-Kommunikation werden durch Metaboliten gesteuert. Das Metabolom ist eine Sammlung aller Metaboliten in einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt. Der Mensch hat viele Arten von Zellen mit unterschiedlichen Metabolomen, aber die Metabolomik befasst sich mit der Untersuchung von Metaboliten mit niedrigem Molekulargewicht wie Lipiden, Zuckern und Aminosäuren. Diese werden auch als kleine Moleküle bezeichnet. Genetische Störungen, Krankheiten oder Umweltstörungen können durch die Untersuchung von Veränderungen im Metabolom erklärt werden. Daher kann die Untersuchung von Metaboliten, der Metabolomik, helfen, Krankheiten zu diagnostizieren oder die Wirkung einer vergiftenden Substanz zu untersuchen.
Es gibt zwei sich ergänzende Ansätze, die für metabolomische Untersuchungen verwendet werden: das metabolische Profiling und das metabolische Fingerabdruck. Beim Metabolic Profiling werden quantitative Analysemethoden verwendet, um Metaboliten einer bestimmten Klasse zu messen. Beim metabolischen Fingerabdruck werden Fingerabdrücke verglichen, um festzustellen, ob sich Metaboliten aufgrund einer Krankheit oder der Exposition gegenüber Toxinen verändert haben. Um einen solchen Vergleich anzustellen, können Chromatogramme und statistische Methoden verwendet werden. Es ist eine halbquantitative Methode, die tatsächlich auf eine Vielzahl von Metaboliten angewendet werden kann. Metabolomics kann durch eine Kombination von metabolischem Profiling und Fingerprinting untersucht werden.
Forscher erwarten, dass Metabolomik in vielerlei Hinsicht der Gesundheitsversorgung helfen kann. Es sollte in der Lage sein, sicherere Medikamente herzustellen und Personengruppen, die wahrscheinlich von einem Medikament profitieren würden, besser zu identifizieren. Metabolomics kann auch helfen, Krankheiten zu diagnostizieren und verschiedene Gesundheitsbehandlungen zu überwachen. In Verbindung mit Proteomik und Genomik wird Metabolomik beispielsweise verwendet, um herauszufinden, warum manche Menschen anfälliger für Leberschäden durch bestimmte Medikamente sind. Es wird erwartet, dass das Feld langfristig eine wichtige Rolle in der Systembiologie spielt und kurzfristig Biomarker für die Untersuchung von Krankheiten und Toxinexposition bereitstellen wird.