Unambiguous Natural Product ID

Význam tématu

Určení jednoznačného molekulárního vzorce je klíčové pro rychlou dereplikaci známých přírodních produktů a efektivní objev nových sekundárních metabolitů. Kombinace vysoké přesnosti hmotnostní spektrometrie a analýzy izotopových jemných struktur (IFS) přináší dodatečná kritéria nad rámec pouhého přesného m/z, čímž se minimalizuje riziko nesprávné formulace.

Cíle a přehled studie

Autoři demonstrují metodiku nekompromisního určení molekulárního vzorce přírodního produktu echinomycinu A. Studie ukazuje, jak lze díky rozlišení izotopologů na 12T MRMS přejít od více kandidátních vzorců k jedinému, správnému zápisu.

Použitá metodika a instrumentace

Izolace a příprava vzorku proběhla pomocí HPLC (Shimadzu LC-20AP, Luna C18 5 μm, 250×10 mm) se lineárním gradientem MeCN/H2O (25:75 → 50:50, 0,1 % kyselina octová). Detekce proběhla na Bruker 12T MRMS (ESI+) a Bruker QTOF MS (ESI+), kalibrace ESI-MS tuning mixem. Data byla zpracována v Compass DataAnalysis 4.4 SR1 s funkcemi SmartFormula a Simulate Pattern pro generování kandidátních vzorců a simulaci IFS.

Hlavní výsledky a diskuse

U MRMS byly zařazeny izotopologické píky [M+H]+, [M+H+1]+, [M+H+2]+ a [M+H+3]+ s plným rozlišením jemných izotopových struktur, což QTOF nezajistil. SmartFormula v toleranci ±2 ppm navrhlo sedm vzorců. Porovnáním simulovaných IFS se skutečnými spektry bylo potvrzeno, že echinomycin A odpovídá vzorci C51H64N12O2S2.

Přínosy a praktické využití metody

Analýza izotopových jemných struktur umožňuje:

• Jednoznačné určení molekulárního vzorce bez izotopového značení.
• Rychlou dereplikaci známých látek v databázích.
• Podporu strukturačního objasnění neznámých sekundárních metabolitů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda IFS na ultra vysokém rozlišení je perspektivní pro rozvoj:

• Automatizovaných workflow pro velké metabolomické a botanické sbírky.
• Integrace s databázemi přírodních produktů a strojovým učením pro predikci strukturních motivů.
• Výzkum vzácných nebo málo dostupných látek bez nutnosti značkování 13C.

Závěr

Analýza izotopových jemných struktur získaných na Bruker 12T MRMS ve spojení s nástroji SmartFormula a Simulate Pattern vede k jednoznačnému stanovení molekulárního vzorce přírodního produktu. Taková metoda významně urychlí dereplikaci a podporuje objev nových bioaktivních sloučenin.

Reference

• Dührkop K., Hufsky F., Böcker S. Mass Spectrom (Tokyo) 2014, 3(3): S0037.
• Guan S., Marshall A. G. Anal. Chem. 1996, 68(1): 46–71.
• Kind T., Fiehn O. BMC Bioinformatics 2006, 7: 234.
• Sleno L. J. Mass Spectrom. 2012, 47: 226–236.
• Adnani N. et al. ACS Chem. Biol. 2017, 12: 3093–3102.
• Zhang F. et al. J. Org. Chem. 2015, 80: 8713–8719.
• Dell A. et al. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97(9): 2497–2502.