IMSC: Ultra-Fast Analysis of Allergens Using Capillary Electrophoresis Coupled to Mass Spectrometry and Ultra Violet Photodissociation

Význam tématu

Ryby představují významný zdroj potravinových alergenů, především parvalbuminů, které mohou vyvolat závažné imunologické reakce u citlivých jedinců. Rychlá a spolehlivá detekce těchto proteinů v potravinových matricích je klíčová pro ochranu spotřebitelů a zajištění souladu s legislativními požadavky.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo vyvinout jednoduchou a rychlou dvoukrokovou strategii pro současnou identifikaci rybích alergenů a autenticitu druhů. Metoda kombinuje selektivní extrakci thermo-stabilních proteinů z muscle tissue vzorků ryb a jejich následnou analýzu technikou kapilární elektroforézy (CE) hyphenované s top-down hmotnostní spektrometrií (MS/MS).

Použitá metodika a instrumentace

Pro extrakci byly homogenizovány 1 g svaloviny, ze které se po centrifugaci a zahřátí na 70 °C izolovaly thermo-stabilní proteiny.

• Čištění proteinů: stage tips (C18).
• Separace: Agilent 7100 CE systém s cation-coated kapilárou (-30 kV) nebo neutral-coated kapilárou (+30 kV).
• Ionizace: nanoESI interfase se sheath liquid (methanol/voda/kyselina mravenčí) a vlastní ion source s elektro-osmotickým tokem.
• MS/MS: Orbitrap Fusion Lumos Tribrid mass spectrometer vybavený UVPD zdrojem; fragmentation modes: HCD, ETD, EThcD, UVPD (120 000 @ m/z 200).
• Analýza dat: Thermo Xcalibur 4.0, QualBrowser, ProSight Lite.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýzou CE-MS/MS byly detekovány a separovány β-parvalbuminy (~11 kDa), hlavní rybí alergeny, včetně isoform β1 a β2. Vznikly unikátní mapy hmotnosti vs. doby migrace pro každý alergen. Isoformy se oddělovaly během 10 min (cation-coated kapilára) nebo 30 min (neutral-coated kapilára). Top-down fragmentace poskytla až 86 % sekvenční pokrytí a <2 ppm chybovost měření. Dvě druhy hejků (Merluccius paradoxus a Merluccius merluccius) byly úspěšně charakterizovány a rozlišeny na základě detailní proteomické analýzy.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou a cílenou detekci rybích alergenů přímo ve zpracovaných potravinách a současně ověření druhu ryby. Vysoká přesnost a selektivita top-down přístupu dává základ pro vývoj miniaturizovaných CE-MS čipů pro rutinní QA/QC v potravinářském průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj miniaturizovaných CE-MS systémů na bázi tzv. lab-on-a-chip zvýší propustnost a automatizaci analýz. Inovace ve fragmentačních zdrojích (rozšířené UVPD, AI-řízená dekonvoluce dat) posílí citlivost a přesnost identifikace alergenů i v komplexních směsích.

Závěr

Vyvinutá strategie spojuje selektivní extrakci thermo-stabilních proteinů a top-down CE-MS/MS na Orbitrap Fusion Lumos s UVPD fragmentací pro rapidní a spolehlivou identifikaci rybích alergenů a autentizaci druhů. Metoda nabízí vysoké pokrytí sekvencí, nízkou chybovost a potenciál pro průmyslové nasazení.

Reference

1. CMP Scientific. Ion source pro CE-MS, CMP Scientific, Brooklyn, NY.
2. Alcor Bioseparations LLC. Neutral-coated kapiláry, Alcor Bioseparations LLC, Palo Alto, CA.
3. Carrera M., Canas B., Gallardo J.M. Rapid top-down proteomic analysis of fish muscle proteins. Journal of Proteomics 2012, 75:3211–3220.