APPLICATION NOTEBOOK - UNTARGETED METABOLOMICS AND LIPIDOMICS

Význam tématu

Univerzální řešení pro rozsáhlé profilování malých molekul (metabolity, lipidy) a biomarkerů v biologických vzorcích umožňuje získat komplexní pohled na buněčné procesy, zdravotní stavy a kvalitu potravin. Pokrok v chromatografii, hmotnostní spektrometrii a bioinformatice zásadně zvyšuje citlivost, rozlišení a důvěryhodnost identifikace analytů.

Cíle a přehled studie / článku

Balení několika aplikací představuje metody pro:

• untargeted metabolomics a lipidomics s UPLC/QTof MS,
• HDMS E a ion mobility pro čtyřrozměrné separace,
• cílenou analýzu polárních metabolitů metodou HILIC UPLC/QTof,
• rozdělení lipidových tříd CSH C18 UPLC,
• diferencované rozlišení fosfolipidů 2D UPLC/QTof,
• propojení HILIC s Ion Mobility ToF MS pro lipidomiku,
• UPC2/MS pro lipidové třídy,
• propriární vyhledávací nástroj Progenesis QI pro identifikaci metabolitů,
• integrovanou multi-omics analýzu proteomu, metabolomu a lipidomu s LC/MS E,
• APGC-TOF MS E pro měkkou ionizaci plynné chromatografie,
• HRMS a statistiku pro ověření pravosti basmati rýže.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy využívají:

• chromatografické platformy Waters ACQUITY UPLC, nanoACQUITY UPLC nebo UPC2,
• sloupcové chemie HILIC, BEH-Amide, CSH C18, BEH C18, UPC2 BEH, UPLC BEH HSS C18, GC kolon DB-5MS,
• MS systémy SYNAPT G2/G2-S HDMS (Ion Mobility, HDMS E) nebo Xevo G2-S QTof, APGC pro GC ionizaci,
• softwarové nástroje Progenesis QI, TransOmics Informatics, MarkerLynx, ProteinLynx GlobalSERVER, MassLynx, EZinfo,
• postupy SPME headspace, Ostro extrakce, trypsinová digesce, APGC, MS E a HDMS E pro paralelní sběr prekurzorů a fragmentů.

Hlavní výsledky a diskuse

• HILIC UPLC/QTof poskytuje spolehlivou analýzu tisíců polárních metabolitů s vysokou retencí a přesností m/z.
• CSH C18 UPLC výrazně zlepšuje separaci lipidových tříd a odlišuje fosfolipidy a sfingomyeliny.
• 2D UPLC (HILIC→C18) nabízí ortogonální rozlišení fosfolipidů s vyšší kapacitou a dynamickým rozsahem.
• HDMS E (LC-DIA-IM-MS) přidává dimenzi driftového času pro selektivnější kvantifikaci a identifikaci lipidů a metabolitů.
• UPC2/MS umožňuje rychlou separaci lipidových tříd v jediném běhu s flexibilitou gradientů.
• Progenesis QI softwarový workflow maximalizuje přesnost identifikace metabolitů využitím ortogonálních parametrů (m/z, RT, CCS, fragmenty).
• Multi-omics přístupy LC/MS E a IM-MS E integrují proteomiku, metabolomiku a lipidomiku pro účely biomarkerů a fenotypického profilování (např. u dětí s idiopatickým nefrotickým syndromem, modifikovaných hepatocytů).
• APGC-TOF MS E přináší měkkou ionizaci GC analýz s bohatými molekulárními ionty a fragmenty pro komplexní metabolické mapy (Arabidopsis, potraviny).
• HRMS se statistickou analýzou (PCA, OPLS-DA, korelační analýza) dokáže detekovat podvody v potravinách a ověřit pravost (basmati rýže).

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní a vysoce selektivní screening metabolitů a lipidů v různých oblastech: klinický výzkum, potravinářská kvalita, QA/QC, biomarkery, environmentální studie.
• Široká podpora vendorově nezávislých databází a identifikačních nástrojů zkracuje čas od získání dat k výsledkům.
• Data independent acquisition (MS E a HDMS E) vytváří komplexní datový set pro paralelní sběr prekurzorů a fragmentů.
• Ion mobility třetí dimenze přináší zlepšené rozlišení izobarů a snížení šumu pozadí.
• Software Progenesis QI a TransOmics s integrovanou statistikou a databázemi poskytuje snadnou a robustní platformu pro velké soubory dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další integrace 4D separací (UPLC/2D UPLC, GC–APGC) s ion mobility a hlubší exploatace formovaných dat.
• Využití strojového učení a umělé inteligence pro automatizovanou analýzu a predikci metabolických stavů.
• Rozvoj speed-up metodiky pro real-time screening metabolitů na klinických a výrobních linkách.
• Propojení multi-omics dat (genomika, transkriptomika, proteomika, metabolomika) pro systémy biologie a personalizovanou medicínu.
• Implementace do kritické kontroly kvality potravin, detekce padělků v potravinářském a farmaceutickém průmyslu.

Závěr

Waters Omics Research Platform v kombinaci s LC a GC separacemi, HDMS E (data independent acquisition s ion mobility), XEVO/QTof detektory a pokročilou bioinformatikou přináší komplexní, citlivé a vysoce selektivní řešení pro analýzu metabolitů, lipidů a proteinů v biomedicínských, potravinářských i environmentálních aplikacích. Softwarová integrace Progenesis QI a TransOmics zajišťuje robustní workflow od nahrání surových dat až po identifikaci a kvantifikaci klíčových markerů.

Reference

1. Paglia G, et al. Intracellular metabolite profiling of platelets: evaluation of chromatographic strategies. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2012;898:111–120.
2. Paglia G, et al. Monitoring metabolite consumption with UPLC-QTof MS. Anal Bioanal Chem. 2012;402(3):1183–1198.
3. Shvartsburg AA, et al. Separation and classification of lipids using differential ion mobility spectrometry. J Am Soc Mass Spectrom. 2011;22(7):1146–1155.
4. Isaac G, et al. Lipid separation using UPLC CSH C18 technology. Waters Application Note 720004107en. 2011.
5. Dunn WB, et al. Mass appeal: metabolite identification in MS-focused untargeted metabolomics. Metabolomics. 2013;9(1 Suppl):44–66.