• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy wykorzystują nową technikę spektrometrii mas do analizy metabolitów

    07.07.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    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 Aleďż˝ Svatoďż˝, 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.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    PNAS:
    http://www.pnas.org

    Instytut Ekologii Chemicznej im. Maxa Plancka:
    http://www.ice.mpg.de

    Czeska Akademia Nauk:
    http://www.cas.cz

    Źródło danych: PNAS; Instytut Ekologii Chemicznej im. Maxa Plancka
    Referencje dokumentu: Shroff R., et al. (2009) Acid-base-driven matrix-assisted mass spectrometry for targeted metabolomics. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 106:10092-96. DOI: 10.1073/pnas.0900914106.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) – czasopismo naukowe United States National Academy of Sciences publikujące głównie prace biomedyczne, rzadziej z zakresu fizyki, matematyki i nauk społecznych. Wydanie drukowane jest tygodnikiem. Wersja internetowa PNAS-u codziennie zawiera nowe artykuły. Pierwsze wydanie ukazało się w 1915 r. Analizator czasu przelotu (TOF, Time Of Flight) - element spektrometrów mas. Analizatory TOF charakteryzują się stosunkowo dużymi rozdzielczościami rzędu kilkudziesięciu tysięcy daltonów (do 100 000) oraz dosyć dużą czułością. Są najczęściej stosowane przy analizie jonów wzbudzanych metodą MALDI, która nie powoduje rozpadu analizowanych związków chemicznych. Michael Karas (ur. 1952) – niemiecki chemik, profesor Instytutu Fizyki i Chemii Teoretycznej Uniwersytetu we Frankfurcie, znany głównie ze swoich badań nad matrycą jonizacyjną (MALDI) oraz technikami spektrometrii masowej.

    Patryca - rodzaj stempla, antonim matrycy. Patryca to "matryca" służąca do wykonania matrycy, czyli formy, z której dopiero wykonuje się kopie. Patryca jest negatywem matrycy - wystające elementy rysunku na powierzchni jednej z nich są analogicznymi zagłębieniami w drugiej. Patryca jest modelem lub kopią oryginału i służy do wykonania jednej lub wielu matryc (np. w numizmatyce wskazane jest, aby liczba matryc była jak najmniejsza lub wręcz równa jeden - aby wszystkie kopie były identyczne). Patryca jest siłą rzeczy wykonana z twardszego lub w inny sposób bardziej odpornego materiału niż matryca. Matrycę uzyskuje się z patrycy metodą tłoczenia lub kucia, na zimno lub gorąco. Jonizacja iskrowa (znana także jako jonizacja źródłem iskrowym, jednak stosowanie tego terminu jest niezalecane) – metoda wykorzystywana do wytwarzania jonów w fazie gazowej z próbki będącej ciałem stałym. Przygotowana próbka jest odparowywana i częściowo jonizowana poprzez przerywane wyładowania iskrowe. Technika ta jest używana głównie w spektroskopii masowej. Aparatura wykorzystująca jonizację iskrową w połączeniu ze spektrometrem masowym nazywana jest spektrometrem masowym jonizacji iskrowej lub spektrometrem masowym źródła iskrowego (ang. spark source mass spectrometer – SSMS).

    Franz Hillenkamp (ur. 1936) – niemiecki chemik, od 1986 r., profesor biofizyki i fizyki medycznej Westfalskiego Uniwersytetu Wilhelma w Münsterze, znany głównie ze swoich badań nad matrycą jonizacyjną (MALDI) oraz technikami spektrometrii masowej. Jego wieloletnim współpracownikiem był Michael Karas. Klasyczna chemiczna analiza jakościowa związków nieorganicznych to przede wszystkim analiza jonów występujących w roztworze. Do roztworu dodaje się różnych odczynników i obserwuje się zmiany koloru roztworu, wytrącanie osadów, oraz inne charakterystyczne reakcje, które świadczą o obecności pewnych jonów oraz grup jonów. W skład klasycznej analizy jakościowej wchodzi też barwienie płomienia palnika. Różne jony barwią płomień na różne i zwykle łatwo rozróżnialne kolory.

    Regulatory wzrostu i rozwoju roślin, regulatory wzrostu, regulatory rozwoju – drobnocząsteczkowe substancje o zróżnicowanej budowie chemicznej, które w organizmach roślinnych inicjują lub modyfikują przebieg procesów życiowych. Do grupy tej nie zalicza się metabolitów pierwotnych, a jedynie metabolity wtórne oraz substancje syntetyczne stosowane w celu modyfikacji naturalnego wzrostu i rozwoju roślin. Metabolity wtórne – grupa związków organicznych, które nie są bezpośrednio niezbędne do wzrostu i rozwoju organizmu. Synteza związków określanych jako metabolity wtórne jest charakterystyczna dla roślin wyższych, grzybów i bakterii. Poznano kilkadziesiąt tysięcy związków zaliczanych do metabolitów wtórnych. Szacuje się, że może istnieć około 200 000 takich związków. W przypadku niektórych związków chemicznych występujących w komórkach roślinnych, ocena czy jest on bezpośrednio niezbędny do działania organizmu jest trudna.

    Matryca chemigraficzna, alternatywne nazwy: Matryca trawiona, Matryca cynkowa/magnezowa. Matryce chemigraficzne to matryce wykonywane metodą fotochemigrafii. Do wykonywania matryc chemigraficznych stosuje się zwykle silnie reaktywne metale jak magnez czy cynk pod postacią blach. Matryce chemigraficzne charakteryzują się kątem nachylenia ścian ok. 30-45° i precyzją umożliwiającej uzyskanie detali. Można odwzorować linie o grubości 0,2mm a także cieńsze, gdy grafika zawiera linie leżące blisko siebie (np. linie o grubości 0,15mm).

    Dawka – ilość substancji chemicznej lub promieniowania podana, pobrana lub wchłonięta do organizmu określoną drogą, warunkująca brak lub wystąpienie określonych efektów biologicznych, wyrażonych odsetkiem organizmów odpowiadających na tę dawkę.

    Instytut Informatyki im. Maxa Plancka (ang. Max Planck Institute for Computer Science, niem. Max-Planck-Institut für Informatik) (MPII lub MPI-INF) to placówka naukowo-badawcza prowadząca badania z zakresu informatyki, mieszcząca się w Saarbrücken. Jej działalność poświęcona jest zarówno teoretycznym podstawom informatyki (logika, algorytmika i złożoność obliczeniowa), jak również ich różnorodnym zastosowaniom (m.in. grafika komputerowa, geometria obliczeniowa, automatyczne dowodzenie twierdzeń i bioinformatyka). Instytut mieści się w Saarbrücken w Kraju Saary w Niemczech i należy do Towarzystwa Maxa Plancka - największej niemieckiej instytucji naukowej. Do najważniejszych zadań Instytutu należą: opracowywanie publikacji naukowych, tworzenie oprogramowania oraz kształcenie kolejnych pokoleń naukowców. Instytut Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki Maxa Plancka (ang. Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics, niem. Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik) (MPI-CBG) – instytut naukowo-badawczy w dziedzinie biologii molekularnej, biochemii, genetyki oraz biologii komórki oraz rozwoju należący do Towarzystwa Maxa Plancka, zlokalizowany w Dreźnie w Niemczech.

    Dodano: 07.07.2009. 15:11  


    Najnowsze