Qualitative Analysis of Phytochemicals by High-resolution Mass Spectrometry -Analysis for Prenylnaringenin-

Význam tématu

Bioprodukce prenylnaringeninu představuje moderní přístup k výrobě vysoce bioaktivních flavonoidů s protirakovinnými, antidiabetickými a protizánětlivými účinky. Díky složitosti struktury těchto přírodních sloučenin je klíčové využití metabolického inženýrství mikroorganismů a citlivé analytické techniky k rychlé identifikaci a optimalizaci produkčních kmenů. Vysoce rozlišená hmotnostní spektrometrie (HRMS) umožňuje spolehlivě rozlišit izomerní formy a vyloučit rušivé příměsi, což podporuje vývoj udržitelné bioekonomiky zaměřené na nízkou uhlíkovou stopu.

Cíle a přehled studie / článku

Předložená práce si klade za cíl:

• Navrhnout metabolickou cestu v Saccharomyces cerevisiae pro tvorbu prenylnaringeninu.
• Transformovat kvasinkový kmen geny pro biosyntézu naringeninu z Arabidopsis thaliana.
• Provesti screening a identifikaci přepřenylačních enzymů z různých rostlinných a mikrobiálních zdrojů.
• Uplatnit vysoké rozlišení LCMS-9030 Q-TOF MS pro rychlou analýzu produktů a potvrzení struktury sloučenin.

Použitá metodika a instrumentace

• Metabolické inženýrství:
  V kvasince byly exprimovány šestice genů (AtPAL1, AtC4H, AtCPR1, At4CL3, AtCHS3, AtCHI1) pro biosyntézu naringeninu z fenylalaninu. Dále bylo testováno 11 genů prenyltransferas z rostlin a mikrobů.
• Chromatografie a masová spektrometrie:
  Nexera X2 s kolonou COSMOSIL 5C18-MSII, gradient acetonitrilu a kyseliny octové, průtok 0,2 mL/min, T=30 °C.
  LCMS-9030 (Q-TOF) s ESI, rozsah m/z 70–1000, MS/MS scan na prekurzor m/z 339,1, kolizní energie 35 ± 17 V, přesnost m/z vynucená až ±5 ppm.

Hlavní výsledky a diskuse

• Extrahovaný ion chromatogram (XIC) m/z 339,124 ±0,002 odhalil jediný vrchol kerovního prenylnaringeninu při retenčním čase 19,5 min.
• Produktové iontové spektrum odhalilo fragmenty odpovídající přepřenyleným strukturám (m/z 219,0656; 176,0110; 119,0500) s chybou pod 0,001 Da.
• Porovnání s referenčními standardy 6- a 8-prenylnaringeninu potvrdilo, že analyzovaná sloučenina je 8-prenylnaringenin.
• Analogickým přístupem se podařilo vyrobit kmen produkující 3′-prenylnaringenin pomocí enzymu z Neosartorya fischeri.

Přínosy a praktické využití metody

Vysoké rozlišení Q-TOF MS dovoluje rychle vytřídit nechtěné příměsi a rozlišit strukturální izomery přímo v hrubých extraktech. To výrazně zkracuje dobu optimalizace produktivních kmenů a usnadňuje vývoj biofarmaceutik, nutraceutik a průmyslově významných bioaktivních sloučenin.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření palety prenyltransferas pro tvorbu dalších izomerů a derivátů flavonoidů.
• Integrace online HRMS monitoringu bioreaktorů pro kontinuální výrobu a rychlou zpětnou vazbu.
• Automatizace a využití pokročilých datových analýz (strojové učení) pro předpověď optimálních cest.

Závěr

Metoda metabolického inženýrství spojena s vysoce rozlišenou Q-TOF masovou spektrometrií představuje efektivní platformu pro rychlý screening a potvrzení struktury bioaktivních prenylnaringeninů. Tento přístup významně podporuje vývoj udržitelných bio-produktů pro zdravotnictví i průmysl.

Reference

1. Cui L. et al.: Isoprenylated flavonoids from the stem bark of Erythrina abyssinica, J. Nat. Prod., 70, 1039–1042 (2007).
2. Wang S. et al.: Hop extract and 6-prenylnaringenin induce P450 1A1 catalyzed estrogen 2-hydroxylation, Chem. Res. Toxicol., 29, 1142–1150 (2016).
3. Isogai S. et al.: Synthetic production of prenylated naringenins in yeast using promiscuous microbial prenyltransferases, Metab Eng Comm, in press (2021).
4. Nikolic D. et al.: Metabolism of 8-prenylnaringenin by human liver microsomes, Drug Metab. Dispos., 32, 272–279 (2004).