Metabolic Pathway Analysis Solutions

Význam tématu

Metabolické dráhy jsou základní sled biochemických reakcí udržujících životní funkce buněk. Jejich analýza je klíčová pro pochopení buněčného metabolismu, identifikaci enzymových změn, vývoj nových léčiv, optimalizaci biotechnologických procesů a kvalitu bioprodukce.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentovaného souboru aplikací je ukázat rozličné přístupy k analýze metabolických drah pomocí LC-MS, GC-MS, ICP-MS, AA a LC/Q-TOF. Studie demonstruje měření a vizualizaci metabolitů, porovnávání experimentálních podmínek a integraci výsledků v různých biologických modelech, včetně lidských vzorků, drosofil a bakterií.

Použitá metodika a instrumentace

Pro cílenou i necílenou metabolomiku byly použity chromatografické techniky (UHPLC, GC) spojené s hmotnostní spektrometrií (triple kvadrupólové MS a Q-TOF) a doprovodné softwarové nástroje pro projekci dat na metabolické mapy a statistickou analýzu.

• UHPLC systém Nexera X3 s LCMS-8060NX
• LC-MS/MS systémy LCMS-8040, LCMS-8050, LCMS-9030
• GC-MS/MS systémy GCMS-TQ8040 NX, GCMS-TQ8040
• ICP-MS systém ICPMS-2030
• Atomový absorpční spektrometr AA-7000F/AAC
• UV-VIS spektrofotometr UVmini-1240
• Autosamplery AOC-20i a ASC-7000
• Software LabSolutions Insight a Multi-omics Analysis Package

Hlavní výsledky a diskuse

• Metabolické mapy usnadnily sledování změn v glykolýze, pentózovém cyklu a dalších drahách při růstu buněk, genetických mutacích a změnách živin.
• LC/MS/MS lipid mediátorů (196 složek) identifikovalo 68 metabolitů v lidské plasmě během 20minutové analýzy.
• GC-MS a LC-MS komparativní analýza mutovaných vs. divokých drosofil poskytla statistické vyhodnocení (PCA, hierarchická klasifikace, volcano ploty).
• Citlivé stanovení homocysteinu v plasmě pomocí LCMS-8040 dovolilo sledovat aktivitu souvisejících enzymů.
• Souběžná analýza organických a anorganických komponent v kultivačním médiu CHO buněk (LC-MS/MS + ICP-MS) odhalila interakce živin a kovových prvků.
• Atomic absorption sledoval časový průběh Cu a Mn v supernatantech, ovlivňujících metabolismus kyseliny mléčné a glykosylaci protilátek.
• Metabolomické profily E. coli při různých zdrojích síry ukázaly vliv thiosulfátu vs. sulfátu na syntézu cysteinu a dalších metabolitů.
• 13C flux analýza objasnila rozložení toku uhlíku v centrálním metabolismu E. coli, včetně glykolýzy, TCA a glyoxylátového cyklu.
• LC/Q-TOF necílená analýza 470 složek v médiu iPS buněk umožnila rychlý screening a následnou validaci MRM metodou.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a intuitivní vizualizace metabolických změn podporuje vývoj léčiv, funkčních potravin a bioinženýrství.
• Integrace výsledků z různých MS platforem zvyšuje spolehlivost a pokrytí metabolomu.
• Systémy a softwarové balíky zjednodušují workflow metabolomiky a umožňují automatizaci a škálovatelnost analýz.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření databází a AI-metod pro identifikaci neznámých metabolitů, real-time monitoring metabolismu, kombinace multi-omics dat a fluxomické modelování pro přesnější řízení bioprocesů a personalizované medicíny.

Závěr

Pokročilé hmotnostní spektrometry spojené se specializovaným softwarem umožňují komplexní analýzu metabolických drah od cílených kvantitativních metod až po necílené objevy, což významně podporuje výzkum, vývoj a kontrolu kvality v biologických i průmyslových aplikacích.