Nova metabolomska platforma razkriva temeljno pomanjkljivost v skupni laboratorijski tehnologiji | 2020

Vsebina:

Anonim

"Ugotovili smo, da lahko tudi relativno nizke temperature, ki se uporabljajo v GC-MS, škodljivo vplivajo na analizo majhnih molekul," je povedal glavni avtor raziskave Gary Siuzdak, višji direktor TSRI-jevega centra za metabolomiko in profesor kemije, molekularne in računalniške biologije.

Z uporabo novih zmogljivosti v XCMS, platformi za analizo podatkov, ki je bila razvita v laboratoriju Siuzdak, so raziskovalci opazili majhne molekule, ki spreminjajo - in celo izginjajo - med poskusom, ki posnema proces GC-MS, in postavi pod vprašaj naravo podatkov. GC-MS.

Študija je bila objavljena na spletu pred tiskanjem 4. oktobra v reviji Analitična kemija .

Bližji pogled na GC-MS

Kemiki in biologi že več kot 50 let uporabljajo GC-MS za identifikacijo in merjenje koncentracij majhnih molekul. Ko se vzorec vbrizga v sistem GC-MS, se segreje in upari. Para potuje skozi kolono s plinsko kromatografijo in molekule se ločijo, kar masnemu spektrometru omogoča merjenje posameznih molekul v vzorcu. Danes se GC-MS pogosto uporablja v tisočih laboratorijih za naloge, kot so kemijska analiza, diagnostika bolezni, spremljanje stanja okolja in celo forenzične preiskave.

Novi poskusi so se začeli, ko je Siuzdak pripravljal kratki tečaj za študente na letnem srečanju Ameriškega združenja za množično spektrometrijo. Pojavilo se je vprašanje, kako bi toplota iz procesa uparjanja GC-MS lahko vplivala na rezultate, zato sta Siuzdak in raziskovalni sodelavec TSRI Mingliang Fang vodila niz poskusov, da bi primerjala, kako so se majhne molekule odzvale na toplotni stres.

Na njihovo presenečenje so bili spremenjeni molekularni profili kar 40 odstotkov molekul, kar kaže, da bi toplota iz procesa GC-MS lahko dramatično spremenila kemično sestavo vzorcev.

"Rezultati so bili presenetljivi, saj je to tehnologija, ki se uporablja že desetletja," je dejal Siuzdak.

Raziskava je vodila raziskovalce, da so podrobneje preučili, kako se molekule razgrajujejo in preoblikujejo med GC-MS.

Toplotne transformacije molekul

Znanstveniki so analizirali majhne molekule, ki so segrevali pri 60, 100 in 250 stopinjah Celzija, da bi posnemali pripravo vzorca in pogoje analize. Skupina je uporabila tehnologijo XCMS v kombinaciji z masno spektrometrijo s tekočinsko kromatografijo pri nizki temperaturi, za katero je bilo prej ugotovljeno, da ne razgrajuje molekul termalno, da bi določila obseg toplotnih učinkov.

Raziskovalci so opazili znatno poslabšanje tudi pri nižjih temperaturah. Pri višjih temperaturah je bila skoraj polovica molekul degradirana ali popolnoma transformirana.

"V retrospektivi je bilo zelo malo presenečenja: toplota razgrajuje molekule," je dejal Siuzdak. "Vendar smo preprosto vzeli za samoumevno obseg toplotne degradacije. Čeprav je to negativen rezultat in jih znanstveniki redko objavljajo, sem se počutil prisiljen predvsem za študente, ki so začeli kariero poročati o omejitvi tako razširjene tehnologije. "

Raziskovalci so ugotovili, da se lahko spremenijo tudi molekule, ki niso značilne za GC-MS; na primer, energijski metabolit adenozin trifosfat (ATP) se je zlahka pretvoril v adenozin monofosfat (AMP). Ta preobrazba je pomembna za medicinske raziskave, ker znanstveniki pogosto uporabljajo postopek segrevanja, da pogledajo razmerje med ATP in AMP v celicah, da bi ocenili delovanje celičnih komponent pri staranju in bolezni.

"Ljudje uporabljajo to razmerje za odkrivanje bolezni, vendar če se razmerje lahko spremeni s postopkom ogrevanja, rezultati ne bodo točni," je dejal Fang. "Znano je, da je ATP termično občutljiv, ne pa tudi, kako se je spremenil pod temi pogoji."

Toplotna razgradnja bi lahko pojasnila tudi, zakaj so mnogi znanstveniki v preteklosti odkrili veliko neznanih molekularnih "vrhov". Na podlagi nove študije raziskovalci zdaj verjamejo, da so ti metaboliti lahko stranski produkti procesa segrevanja - posledica reakcij med metaboliti, ko se razgradijo.

Naslednji korak

Zakaj torej znanstveniki niso do sedaj ugotovili učinka ogrevanja? Siuzdak je pojasnil, da čeprav so nekateri znanstveniki opazili spremembe v specifičnih presnovkih, je bilo težko videti spremembe v skupnih molekularnih profilih, ki vsebujejo na tisoče molekul.

Študija, ki temelji na omiki, je bila omogočena z novimi zmogljivostmi v okviru programa XCMS, ki je bil razvit na TSRI Scripps Centre for Metabolomics. XCMS je brezplačna tehnologija za analizo podatkov v oblaku, ki se uporablja za analizo podatkov masne spektrometrije po vsem svetu.

"Z XCMS bi lahko razširili našo raziskavo, da bi dobili globalni profil, kako so se presnovki spremenili - ne le nekaj spojin," je dejal Fang.

"Na srečo se lahko te težave rešijo z uporabo standardov v GC-MS, kot tudi z uporabo novih tehnologij masne spektrometrije temperature okolice, in to poročilo bo verjetno spodbudilo več znanstvenikov, da se premaknejo na te manj destruktivne alternative," je dejal Siuzdak.