Naukowcy wykorzystują nową technikę spektrometrii mas do analizy metabolitów
Niemieccy i czescy naukowcy opracowali nową technikę wykrywania metabolitów (substancji związanych z metabolizmem) w szybki i kompleksowy sposób. Ich odkrycia zostały opisane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Naukowcy z Instytutu Ekologii Chemicznej im. Maxa Plancka w Niemczech i praskiej Akademii Nauk w Czechach oświadczyli, że nowa metoda, nazwana MAILD (desorpcja laserowa / jonizacja wspomagana matrycą), opiera się na klasycznej spektrometrii mass z użyciem desorpcji/jonizacji laserowej wspomaganej matrycą z analizatorem czasu przelotu (MALDI-TOF/MS). Naukowcy są w stanie zmierzyć wiele metabolitów w próbkach biologicznych, skutecznie umożliwiając ukierunkowaną i wysokowydajną metabolomikę (badanie globalnych profili metabolicznych w systemie - w komórce, tkance lub organizmie - w określonych warunkach). Metabolity obejmują aminokwasy, kwasy tłuszczowe i cukry oraz inne substancje organiczne pochodzące z próbek tkanek zwierzęcych lub roślinnych. W ciągu ostatnich 20 lat szczególnie biologowie wykorzystywali spektrometrię mas w różnych zastosowaniach takich jak analiza dużych biomolekuł. Zdaniem niemiecko-czeskiego zespołu, MALDI - kokrystalizacja biomolekuł (np. białek) za pomocą substancji chemicznej zwanej matrycą, naświetlaną następnie światłem laserowym - uruchamia tworzenie się jonów białkowych, które można identyfikować i analizować. "Możliwość ładowania ogromnych biomolekuł bez ich rozrywania sprawia, że spektrometria mas MALDI jest niezbędnym narzędziem w analizie biomolekularnej. Konwencjonalne, doświadczalnie selekcjonowane matryce wytwarzają liczne matrycowe klastry jonowe w regionie niskiej masy, utrudniając zastosowanie MALDI-MS w metabolomice" - napisali autorzy. "Zilustrowano tryb jonizacji w MAILD, racjonalny protokół selekcji matrycy w oparciu o teorię kwasów Brønsted-Lowry'ego i jego zastosowanie w metabolomice, biologicznym przesiewaniu/profilowaniu/obrazowaniu oraz diagnostyce klinicznej" - jak wykazały badania. "Wiele metabolitów, obejmujących istotne ścieżki metaboliczne (cykl Krebsa, biosyntezę kwasów tłuszczowych i glukozynolatów), odkryto w ekstraktach, biopłynach i/lub tkankach biologicznych." Naukowcy zauważyli jednak minus. Kiedy matryce są wykorzystywane w technice MALDI wiązka laserowa tworzy jony z badanej substancji, ale tworzy również jony niskiej masy pochodzące z matrycy. "Z powodu tych niewielkich, zakłócających jonów nie byliśmy w stanie przeprowadzić analizy małych molekuł, które odgrywają kluczową rolę w metabolizmie organizmów" - wyjaśnił dr Aleš Svatoš, kierownik grupy badawczej ds. spektrometrii mas/proteomiki w Instytucie im. Maxa Plancka. "Jony pochodzące z konwencjonalnych matryc były jak stóg siana, w którym chcieliśmy znaleźć kilka ważnych igieł." Aby udoskonalić swoje poszukiwania, naukowcy rozpoczęli modyfikację matryc wykorzystywanych z próbkami, aby powstrzymać wytwarzanie zakłócających jonów związanych z matrycą. Takie działania umożliwią im lepsze uwidocznienie owych "igieł". "Analiza niewielkiej próbki - konkretnie okrągłej powierzchni o promieniu około 0,5 milimetra - liścia Arabidopsis thaliana ujawniła ponad 100 pików analizowanych substancji, pośród których można zidentyfikować 46 metabolitów" - powiedział jeden z naukowców, Rohit Shroff. "Co ciekawe, wśród nich znalazło się 8 z 11 produktów przejściowych cyklu kwasu cytrynowego, który ma żywotne znaczenie dla większości organizmów" - dodaje. Zdaniem naukowców, nowa technika MAILD umożliwia pomiary różnych substancji biologicznych i leczniczych. Oprócz próbek roślin i owadów, zespół poddał również analizie próbkę kliniczną. W jednej kropli krwi człowieka, mniejszej niż mikrolitr, odkryto wiele kwasów organicznych typowych dla krwi. Jeżeli naukowcy skutecznie zidentyfikują i określą ilościowo metabolity, MAILD może stać się szybką metodą diagnostyki medycznej i biologicznej.
Kraje
Czechy, Niemcy