Metabolomikk; kunsten å se hele biokjemien!

Tenk på hvert molekyl som en brikke i pasientens metabolisme. Når vi kan se nesten alle brikkene i det biokjemiske puslespillet, kan vi danne oss et mye mer presist og nyansert bilde av pasientens helsetilstand.

01002415 (2).jpg
Donasjon: Avdeling for medisinsk biokjemi fikk høytoppløselig massespektrometer i gave fra øyelege Kjell Gunnar Gundersen som brenner for forskning. Fra venstre: kjemiker Elise Sandås, stipendiat Hanne Skogvold, oppå instrumentet gruppeleder Katja Elgstøen, bak til høyre kjemiker Anja Østeby, foran til høyre overlege Helge Rootwelt. Foto: Lars Petter Devik. 

Metabolomikk er læren om og analysen av alle småmolekylære stoffer som finnes i en prøve, det såkalte metabolomet. 

– I kontrast til standard medisinsk biokjemi, hvor rekvirenten velger et begrenset antall stoffer man ønsker analysert fra en liste på kanskje hundre analyser som laboratoriet utfører, søker man i metabolomikk å måle så mange stoffer som mulig. Det vil si tusener på tusener av stoffer i en og samme analyse, sier Katja Elgstøen, enhets – og forskningsgruppeleder ved Avdeling for medisinsk biokjemi.

Disse metabolittene inngår i biokjemiske reaksjoner i cellene våre der de er startpunkt, mellomprodukter eller endeprodukter i hundrevis av biokjemiske reaksjonsveier som foregår til enhver tid. I tillegg inngår alle medikamenter og andre stoffer vi får i oss i metabolomet vi analyserer.

– Fra mindre enn én dråpe av en pasientprøve kan mengden av tusenvis av ulike stoffer bestemmes, og man kan således få en global karakterisering av pasientens biokjemiske status.

Det betyr altså at man kan se hvilke stoffer det er unormalt lite eller mye av hos pasienten og hvilke biokjemiske reaksjonsveier som kan være affisert.

– Det kan gi en pekepinn om årsaken til, eller konsekvenser av, sykdom og behandling. Denne informasjonen gjør oss altså i stand til å stille en meget presis diagnose, og slik kan vi hjelpe pasientens lege med å finne målrettet, persontilpasset behandling. I etterkant kan vi også følge og vurdere behandlingseffekten ved å se om og hvor fort avvikene bedres.

Et øyeblikksbilde av pasientens helsetilstand
Elgstøen forteller at prøveresultatet er et øyeblikksbilde som viser resultatet av pasientens tilgrunnliggende genetiske egenskaper og de miljøeffektene individet er utsatt for i form av blant annet sykdom og behandling. Dette gir dem unike muligheter til bedre å forstå normal fysiologi, men også ulike sykdomsmekanismer.

– Teknologien muliggjør også identifisering av nye og bedre biomarkører for bedre diagnostikk og monitorering av sykdomsutvikling, og behandlingseffekt på både enkeltindividnivå og på gruppenivå, sier hun.

I forskningsgruppen hun leder har de i mange år arbeidet med å utvikle metodikk for å studere metabolomet i ulike kroppsvæsker som plasma, urin, spinalvæske, galle, tårevæske, spytt, cystevæske og blod på filterpapir. Alle væsker, og alt vev som kan homogeniseres, kan analyseres.

– Målet har vært å etablere metabolomikk som et egnet verktøy i klinisk forskning og å ta metoden i bruk i diagnostikken, sier hun og trekker frem to forhold som er spesielt viktige.

– Standardisering av prøvehåndtering og optimalisering og kvalitetsikring av analysemetoden. Uten å gå i detaljer kan jeg bare si at vi har nedlagt mange årsverk i å sikre alle forhold fra prøvetaking til analysering og tolkning som er kronet med en metode som er meget presis og nøyaktig, men som likevel er så robust at den tåler det meste av det slingringsmonnet klinisk pasientvirksomhet innebærer.

Identifiserte Føllings sykdom
Forskningsgruppen bygger på en lang og stolt tradisjon avdelingen har i å beskrive biokjemiske reaksjonsruter og å påvise viktige biomarkører.

– Historisk sett er vi vel mest kjent for å ha bidratt til identifiseringen av Føllings sykdom (fenylketonuri, PKU), som ble tatt med i nyfødtscreeningen helt fra starten av, samt flere andre medfødte metabolske sykdommer.

Teknologien de benytter er væskekromatografi koblet til høytoppløselig massespektrometri (LC-high resolution MS). Det aller første massespektrometri-instrumentet i verden som ble tatt i bruk innen medisinsk diagnostikk var også her, med professorene Egil Jellum og Oddvar Stokke i spissen.

– Det er med andre ord en lang og stolt historie vi bygger videre på, sier Elgstøen.

Metabolomikkverktøyet som Elgstøens forskningsgruppe har etablert benyttes allerede som supplement i diagnostikk av medfødte metabolske sykdommer, og i en rekke forskningsprosjekter i samarbeid med andre forskningsmiljøer ved Oslo universitetssykehus, Universitetet i Oslo og eksternt.

– Vi bidrar blant annet inn i forskning på plutselig, uventet spedbarnsdød, effekten av ketogen diett, tørre øyne, schizofreni/psykisk sykdom, gallegangsatresi, ernæring av ekstremt premature og cystiske hjernetumores. I tillegg jobber vi hardt for å etablere anvendelige normalmaterialer som kan bidra til å skille normale variasjoner knyttet til fysisk aktivitet, ulikt kosthold, kjønn, alder og døgnvariasjon fra forandringer som skyldes sykdom.

Norgesledende innen klinisk anvendt metabolomikk
Fordi man i metabolomikk analyserer hele metabolomet, og ikke kun et begrenset utvalg stoffer som man gjør ved målrettede metoder, er metabolomikk ofte hypotesegenererende. Dataene kan nyttiggjøres umiddelbart, eller de kan være lagret i årevis og hentes opp igjen ved behov.

Elgstøen forteller at man når som helst kan søke opp den komplette biokjemiske profilen, eller målrettet plukke ut og se på akkurat de stoffene man er interessert i basert på ny viten, nye hypoteser eller nye problemstillinger.

– Metabolomikk er biokjemiens analog til genetikkens helgenomsekvensering. Avdeling for medisinsk biokjemi er ledende innen klinisk anvendt metabolomikk i Norge, og vår forskningsgruppe er samstemt i at det er målet også for framtiden, avslutter hun.