метаболомиката

03 юни Ролята на метаболомиката в човешкото хранене на бъдещето

Нарушаването на метаболомиката в сценария за хранителни изследвания прави възможно разработването на нови аналитични стратегии, фокусирани върху проектирането на нови съставки, функционални храни и хранителни вещества, фокусирани върху подобряването на здравето на потребителите.

Автор: Хорхе Касадо, изследовател в областта на научноизследователската и развойната дейност на CNTA
[email protected]

Техниките на Омик и по-специално метаболомиката наскоро показаха повратна точка в своето развитие, която ще окаже положително въздействие върху широк спектър от изследователски области, включително храни. Експоненциалният растеж на метаболомиката идва ръка за ръка с напредъка в масовата спектрометрия с висока разделителна способност, което направи възможно разработването на нови аналитични стратегии за целенасочен скрининг, които позволяват на изследователя да премине от разпит на пробата, за да види дали има намаление на броя на вещества за преглед, дълги списъци със стотици съединения и нецелеви скрининг, който отива по-далеч и дава възможност за намиране на неизвестни вещества, както и развитието на йонна мобилност, което добавя друго измерение към хроматографските техники, съчетани с масспектрометрия.

В CNTA ние сме особено заинтересовани интеграция на омически технологии за улесняване на достъпа и оптимизиране на използването им на всички етапи от веригата на стойността на индустриалния дизайн на функционални храни и хранителни вещества; Поради тази причина днес ние участваме в изследователски проекти, където използваме метаболомични инструменти за търсене на нови съставки, като например проекта TECNOMIFOOD, финансиран в рамките на поканата за CDTI за безвъзмездни средства за технологични центрове за върхови постижения „Cervera“ през 2019 г.

В тези нетипични дни, в които живеем, успяхме да присъстваме по виртуален начин на интересни уеб семинари за най-новите разработки в масовата спектрометрия, преподавани от експерти в областта на международно ниво и организирани от Bruker. Сред тях това са семинарите, които най-много привлекоха вниманието ни:

Предимства на използването на MS с висока разделителна способност за скрининг и количествено определяне при еднократно изпълнение за анализ на храните
Използването на системи за масова спектрометрия с висока разделителна способност (HRMS), като полет с квадруполно време (QTOF), е все по-широко разпространено в областта на количественото определяне на целеви вещества, като проучвания за определяне на съставките или замърсители в храните.

Тези системи за HRMS позволяват на изследователя да възприеме целенасочен скрининг или стратегия за „търсене на целеви съединения“. В него на първи етап се открива точната маса на образувания йон и от тази маса се изчислява молекулната формула на съединението, която съответства на хроматографския пик от интерес. Чрез добавяне на тази информация към времето на задържане на споменатия пик може да се получи една или повече възможни идентичности за въпросното вещество. Последователно системата HRMS придобива също продуктовите йони, генерирани от родителския йон, това съединение, за което имаме списък с възможни идентичности. С тази нова информация и с помощта на бази данни, идентичността на съединението може да бъде потвърдена. Ако най-накрая беше вещество от интерес, изследователят можеше да пристъпи към количественото му определяне на втори етап, използвайки калибрационни криви и съответните компютърни статистически инструменти.

Основната разлика между системите от тип QTOF с висока разделителна способност по отношение на по-класическите системи с тройни квадруполи (QqQ) е, че първите позволяват много по-високи спектрални скорости на придобиване, което е от решаващо значение при едновременно търсене на множество съединения. В допълнение, QTOF системите придобиват пълни или пълни сканиращи масови спектри в рамките на даден обхват на масата, което позволява на изследователя да преразгледа получените по-рано хроматограми със задна дата и може би да намери нови вещества, които не биха били включени в първоначалния проект (нецелеви скрининг) . От друга страна, на ниво чувствителност, QTOF системите са конкурентни спрямо QqQ, въпреки че не достигат същия линеен диапазон, така че са компетентни, когато става въпрос за количествено определяне, но не заместват QqQ.

Следователно това е допълваща технология към QqQ, която позволява намаляване на броя на фалшивите положителни резултати, в допълнение към ретроспективното търсене на съединения, които първоначално не са били във фокуса на разследването, като се избягва повторното получаване на едни и същи проби отново и отново.

Разделяне на два изомерни пестицида, тербутрин и прометрин, в проба от храна.

Отключване на 4-то измерение: CCS за 4D-Metabolomics ™ с висока увереност
В метаболомиката работим с проби от много разнообразен характер. Въпреки че произходът на метаболомиката датира от 40-те години на миналия век, когато се основава на хартиена хроматография, интересът към този клон на науката нараства експоненциално след интегрирането на течната хроматография (LC) със HRMS системи тип QTOF и Orbitrap. Големият напредък през последните години обаче беше въвеждането на ново измерение на тези системи с времева маса - напречно сечение на сблъсъка (CCS) или „сблъсък на напречно сечение“, получено чрез йонна мобилност (IM). Това ново физико-химично свойство, което е свързано с триизмерната структура на йоните, е стабилно и независимо от матрицата и позволява на изследователя да се задълбочи в правилната идентификация на неизвестни вещества, които присъстват в анализираните проби.

Чрез IM, изследователят получава за всеки момент от времето на хроматограмата, в допълнение към масовия спектър с висока разделителна способност и генерираните фрагменти йони, стойността на CCS, която позволява лесно диференциране на изомерите с помощта на подходящи компютърни инструменти, базирани на бази данни и алгоритми за предсказване, които еднозначно идентифицират веществата, присъстващи в анализираните проби. Например, лакто-N-хексаоза (LNH) и лакто-N-нео-хексаоза (LNnH) са трудни за разделяне хроматографски и те също са изомери, което води до едни и същи прекурсорни йони и фрагменти, което затруднява техния анализ поотделно, използвайки LC-MS или LC-HRMS системи. И двата въглехидрати обаче могат да бъдат разделени в началото чрез IM.