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Standardisierung von Proben in der Metabolomik

Um zelluläre Prozesse in Zellen oder Organismen detailgenau zu erforschen, müssen Expressions- wie auch Protein- und Metabolitenanalysen miteinander kombiniert werden. Hierfür entwickelte und standardisierte ein EU-finanziertes Forschungsprojekt Methoden und Instrumente für Metabolomanalysen.
Standardisierung von Proben in der Metabolomik
Als Metaboliten werden die Endprodukte aller zellulären Prozesse in Zelle, Organismus oder Gewebe bezeichnet wie Stoffwechselzwischenprodukte, Hormone und andere Signalmoleküle. Die quantitative und qualitative Hochdurchsatzanalyse von Metaboliten, die so genannte Metabolomik, kann dabei den physiologischen Zustand eines Organismus oder Gewebes ermitteln.

Da die Methodik in der Metabolomik jedoch weder standardisiert ist noch öffentliche Datenbanken mit metabolomischen Daten zur Verfügung stehen, sind experimentellen Analysen noch Grenzen gesetzt. Weiterhin sind die chemischen und physischen Eigenschaften von Metaboliten sehr heterogen, auch liegen sie in unterschiedlichen Konzentrationen vor, sodass Analysen schwierig sind.

So sollte das EU-finanzierte Forschungsprojekt METABOLOMICSSTANDARD (Metabolomics: Defining the standards for sample preparation of small molecules) einheitliche Methoden zur Probenvorbereitung und Extraktion erstellen und optimieren, da dies bei der Metabolomanalyse entscheidend für den Erhalt von Metaboliten und einheitliche Ergebnisse ist.

Marktanalysen ergaben, dass vor allem Protokolle für die Probenvorbereitung unzureichend sind. So sollte also die Stabilisierung der Metaboliten verbessert und erweitert werden. Aus einer Liste von Stabilisatoren wurden passende Substanzen ausgewählt und die Protokolle entsprechend angepasst. Auf diese Weise sollten verfälschende Einflüsse durch menschliche DNA auf Probenvorbereitung, Lagerung und Transport minimiert werden. Für die neue Strategie wurden verschiedene Parameter optimiert, darunter der pH-Wert, die Redox- und Enzymaktivität sowie die Molekülseparation.

Die Metabolitenanalyse wurde bei verschiedenen biologischen Materialien (vor allem Pflanzenteilen und menschlichem Blut) optimiert, auch wurde die Reproduzierbarkeit der Methoden geprüft. Für die verbesserte Stabilisierung wurden zwei Apparaturen entwickelt, basierend auf der Optimierung von NMR-Verfahren (Kernspinresonanz) und LCMS (Flüssigkeits-Chromatographie-Massenspektrometrie).

Insgesamt trugen die Aktivitäten von METABOLOMICSSTANDARD dazu bei, das Forschungsfeld der Metabolomik zu erweitern. Die Protokolloptimierung vereinfacht Metabolomanalysen, was die Diagnose von Krankheiten auf Basis des metabolischen Fingerabdrucks für verschiedenste Gewebetypen ermöglicht.

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