High throughput targeted metabolomics library generation on a novel mass spectrometer applied to microbiome analysis

Význam tématu

Analýza metabolomů stolice poskytuje klíčové poznatky o interakcích mezi hostitelem a mikrobiomem a jejich vlivu na zdraví a onemocnění.
Vysoce průkazná cílená metabolomika umožňuje přesnou a selektivní detekci skupin metabolitů v komplexních matricích.
Rychlost a citlivost analýzy přímo ovlivňují počet vzorků zpracovatelných v laboratorních a klinických studiích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo demonstrovat schopnosti nového hmotnostního spektrometru Thermo Scientific Stellar pro vytváření a využití komplexní LC-MS knihovny více než 500 střevních metabolitů.
Studie se zaměřila na kvantitativní analýzu klíčových sloučenin ve vzorcích myší stolice po dietních intervencích.
Testovány byly metody s obrácenou fází, HILIC a smíšenou fází při kombinaci plnoskenového MS1, PRM a MSn experimentů.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky: Stolice myší po 29denních dietních zásazích extrahovaná 80% methanolem.
Columny UHPLC Vanquish Horizon:

• Hypersil GOLD C18 (reversed-phase)
• Accucore Amide-HILIC
• Acclaim Trinity P2 (mixed-mode)

Podmínky mobilní fáze:

• C18: 0,1% kyseliny mravenčí ve vodě / methanol
• HILIC: 10 mM formiátu amonného + 0,1% FA ve vodě / acetonitril
• Mixed-mode: 40 mM acetátu amonného ve vodě + 0,1% octové kyseliny / acetonitril

Hmotnostní spektrometr Stellar:

• MS2 rychlost až 140 Hz, MS3 až 40 Hz
• Polarity switching 5 ms
• HCD i CID fragmentace

Software: Xcalibur pro akvizici, TraceFinder pro kvantifikaci.

Hlavní výsledky a diskuse

Vypracovaná knihovna umožnila stanovení více než 500 metabolitů s LOQ až 12,7 femtomolu na kolonu a lineárním rozsahem přes 5 řádů.
MSn fragmentace selektivně rozlišila koelující izomery žlučových kyselin bez použití ion-párovacích činidel a při krátkých gradientech.
Zachovány byly stabilní retenční časy, nízký koeficient variační odchylky a reprodukovatelné plochy píků.
Demonstrována byla selektivní kvantifikace deoxycholové, glykocholové a dalších žlučových kyselin s diagnostickými fragmenty.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vysokou propustnost pro rozsáhlé studie mikrobiomu a klinické aplikace.
Vysoká citlivost a selektivita umožňují spolehlivou detekci biomarkerů v nízkých koncentracích.
Modulární přístup s různými kolonnami poskytuje flexibilitu pro široké spektrum analytů.
Šetří čas díky jedné injekci kombinující MS1, PRM a MSn experimenty.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace AI-podporované analýzy dat a automatizovaná validace metod.
Krácení chromatografických gradientů a další optimalizace rychlosti analýzy.
Rozšíření knihovny o nové třídy metabolitů a aplikace na lidské klinické vzorky.
Propojování metabolomických dat s metagenomikou a proteomikou pro komplexní systems biology.

Závěr

Thermo Scientific Stellar MS výrazně zvyšuje efektivitu cílené metabolomiky stolice díky kombinaci rychlého plnoskenového a MSn režimu.
Metoda je vysoce citlivá, selektivní a vhodná pro vysokopropustné studie biomarkerů a farmakologického výzkumu.

Reference

Amer B., Jacob C., Deshpande R.R., Jafari R., Moehring T., Bird S.S. High throughput targeted metabolomics library generation on a novel mass spectrometer applied to microbiome analysis, Thermo Fisher Scientific, 2024.