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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10261/196095
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Title

Metabolómica de compuestos bioactivos: nuevos desarrollos metodológicos y aplicaciones

AuthorsSantos Acunha, Tanize dos
AdvisorCifuentes, Alejandro ; Simó, Carolina
Issue Date2017
PublisherCSIC-UAM - Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL)
Abstract[EN]: The completion of the human genome sequence led to the ―post-genomic era‖ that has made possible a better understanding of many biological processes through the development of the so-called "omics technologies". The main omics technologies developed so far have been genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics. However, the suffix "-omics" is being used more and more in other fields in parallel to our growing knowledge about the huge possibilities of these omics technologies. In this sense, Foodomics has recently been defined as a new discipline that studies the food and nutrition domains through the application of advanced omics technologies to improve consumer’s well-being, health, and confidence. Foodomics offers a holistic approach to the study of food and/or their effects at molecular level. This PhD Thesis presents new methodological developments for metabolomics based on different analytical techniques, such as capillary electrophoresis (CE), liquid chromatography (LC) and gas chromatography (GC) coupled to mass spectrometry (MS), as well as several applications in Foodomics. The Thesis is divided into six chapters, Chapter 1 presents as Introduction a broad vision of the objective topic of this Doctoral Thesis, as well as its main theoretical fundamentals, and Chapter 2 describes the main objectives within the scope of this PhD work. Chapter 3 contains four articles related to the development of new methodologies by means of CE and CE-MS and their application in Foodomics. The potential of CE and CE-MS for the analysis of important compounds in the area of food science is reviewed in the first (Capillary Electrophoresis in Food and Foodomics) and second (CE-MS in Food Analysis y Foodomics) article of this Chapter 3. In addition, it includes a detailed experimental and methodological description of the use of CE-MS in Foodomics. In the third article of Chapter 3 (Potential of prodendronic polyamines with modulated segmental charge density as novel coating for fast and efficient analysis of peptides and basic proteins by CE and CE-MS) the use of a new family of polymers has been investigated as capillary coatings for the analysis of peptides and basic proteins by CE-UV and CE-MS. Four different polymers have been evaluated, a homopolymer based on 2-(3-(bis(2(diethylamino)ethyl)amino) propanamido)ethyl methacrylate (TEDETAMA), and three copolymers that randomly incorporate TEDETAMA together with neutral units of N-(2-hydroxypropyl) methacrylamide (HPMA) at different molar percentages. The coatings based on TEDETAMA prevent protein and peptide interactions onto the capillary wall, and they have also demonstrated the ability to reverse the electroosmotic flow. Among the polymers studied, poly-(TEDETAMA-co-HPMA) 50:50 copolymer has the ability to separate peptides and proteins in short migration times and with good resolution. Moreover, the method developed with this capillary coating has also shown to be effective for the analysis of lysozyme in commercial cheese samples. The fourth article of Chapter 3 (Anionic metabolite profiling by capillary electrophoresis–mass spectrometry using a noncovalent polymeric coating. Orange juice and wine as case studies) is focused on the development of an new analytical strategy for anionic metabolite profiling by CE-MS using the TEDETAMA-co-HPMA (50:50) copolymer as capillary coating to reverse and stabilize the electroosmotic flow. The use of this cationic capillary coating allows the analysis of anionic metabolites in a short migration time, with good reproducibility and high separation efficiency. Chapter 4 addresses the development of a metabolomic approach to evaluate the toxicity of three bioactive compounds from rosemary (namely, the diterpenes carnosic acid, carnosol and rosmanol) on an in vitro model of human liver cells (HepaRG). In order to maximize the coverage of the analyzed metabolome, an analytical multiplatform based on GC-MS and LC-MS has been used. The combination of the results of the different analytical platforms enhances the number of identified metabolites that show a significant different expression in HepaRG cells after treatment with the aforementioned rosemary diterpenes. In Chapter 5 a general discussion is presented and in Chapter 6 the main conclusions from this PhD work are summarized. Finally, the Appendix section presents three research articles that have been published in collaboration with Dr. Guillaume L. Erny, of the University of Porto, whilst developing this PhD Thesis.
[ES]: La secuenciación del genoma humano ha dado lugar a la llamada "era post-genómica" en la cual se plantea una visión integral de los procesos biológicos que se ha visto reflejada en el desarrollo de las denominadas "tecnologías ómicas". Las principales tecnologías ómicas desarrolladas durante los últimos años son la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica. Sin embargo, el sufijo "ómica" se está aplicando a n merosas ramificaciones y disciplinas que se están estableciendo a medida que se obtiene un mayor conocimiento de las múltiples posibilidades que dichas tecnologías ómicas presentan. En este sentido, la Alimentómica (también conocida como Foodomics) ha sido recientemente definida como una nueva disciplina, que haciendo uso de las técnicas ómicas (principalmente transcriptómica, proteómica y metabolómica), permite abordar de una forma global aspectos relacionados con la bioactividad, calidad, seguridad y trazabilidad de los alimentos e investigar la relación existente entre los alimentos y la salud. La Alimentómica ofrece un enfoque holístico de la investigación en alimentos y/o de los efectos a nivel molecular asociados a los mismos. En esta Tesis Doctoral se presentan nuevas aproximaciones metodológicas para el desarrollo de herramientas metabolómicas utilizando diferentes técnicas analíticas, como la electroforesis capilar (CE), la cromatografía de líquidos (LC) y la cromatografía de gases (GC) acopladas a espectrometría de masas (MS), así como sus aplicaciones en aproximaciones relacionadas con la Alimentómica. La memoria está dividida en seis capítulos, en el Capítulo 1 se presenta como Introducción una amplia visión de la temática objetivo de esta Tesis Doctoral, así como sus fundamentos teóricos más importantes, y en el Capítulo 2 se describen los principales objetivos del trabajo realizado. El Capítulo 3 contiene cuatro Trabajos relacionados con el desarrollo de nuevas metodologías mediante CE y CE-MS y su aplicación en Alimentómica. En el primero (Capillary Electrophoresis in Food and Foodomics) y en el segundo (CE-MS in Food Analysis y Foodomics) de los trabajos contenidos en el Capítulo 3, se describe el potencial de las técnicas CE y CE-MS para el análisis de compuestos importantes en el área de la ciencia de los alimentos y se incluye una detallada descripción experimental y metodológica del uso de CE-MS para el análisis alimentómico. En el tercer trabajo del Capítulo 3 (Potential of prodendronic polyamines with modulated segmental charge density as novel coating for fast and efficient analysis of peptides and basic proteins by CE and CE-MS) se investiga el uso de una nueva familia de polímeros como recubrimientos adsorbidos físicamente a la pared del capilar para el análisis de péptidos y proteínas básicas por CE-UV y CE-MS. En concreto, se investigan diferentes recubrimientos poliméricos basados en un homopolímero de 2-(3(bis(2(dietilamino)etil)amino)propanamido)etil metacrilato (TEDETAMA) y tres copolímeros de TEDETAMA, estos últimos sintetizados con unidades neutras de N-(2-hidroxipropil) metacrilamida (HPMA) en diferentes porcentajes molares. Además de prevenir las interacciones de proteínas y péptidos con la pared interna del capilar, los polímeros de TEDETAMA también permiten invertir el flujo electroosmótico. Entre los polímeros investigados, el recubrimiento capilar con TEDETAMA-co-HPMA (50:50) presenta la capacidad de separar péptidos y proteínas en tiempos cortos de migración y con buena resolución. Además, el método desarrollado con este recubrimiento polimérico permite el análisis de proteínas básicas, como la lisozima, en muestras de alimentos como el queso. El cuarto trabajo del Capítulo 3 (Anionic metabolite profiling by capillary electrophoresis–mass spectrometry using a noncovalent polymeric coating. Orange juice and wine as case studies) está dirigido al desarrollo de una nueva estrategia analítica para el análisis del perfil metabólico de aniones por CE-MS, empleando un recubrimiento capilar con el copolímero TEDETAMAco-HPMA (50:50) con la finalidad de invertir y estabilizar el flujo electroosmótico. El empleo del mencionado copolímero como recubrimiento capilar catiónico permite la separación de metabolitos aniónicos en tiempos de análisis cortos y con alta reproducibilidad y eficacia. En el Capítulo 4 se desarrolla una aproximación metabolómica para evaluar el efecto de los compuestos bioactivos de romero, ácido carnósico, carnosol y rosmanol, en un modelo in vitro de células de hígado humano (HepaRG). Con el fin de maximizar la cobertura del metaboloma analizado, se ha empleado una aproximación metabolómica multiplataforma basada en GC-MS y LC-MS. La combinación de los resultados de las diferentes plataformas analíticas permite aumentar el número de metabolitos identificados y evaluar su expresión significativamente diferente en células HepaRG tras el tratamiento con los mencionados diterpenos de romero. En el Capítulo 5 se presenta una discusión general y en el Capítulo 6 se recogen las conclusiones finales de los principales trabajos realizados en esta Tesis Doctoral. Además, se incluyen como anexos a la memoria tres artículos de investigación que han sido realizados en colaboración con el Dr. Guillaume L. Erny, de la Universidade do Porto, durante el período de desarrollo de esta Tesis Doctoral.
DescriptionMemoria presentada por Tanize dos Santos Acunha para optar al grado de Doctora en Biología y Ciencias de la Alimentación por la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias: Departamento de Química Física Aplicada. Trabajo realizado en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL).
URIhttp://hdl.handle.net/10261/196095
Appears in Collections:(CIAL) Tesis
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