Increasing plant metabolome coverage using Orbitrap enhanced Dynamic Range (eDR) scan mode on an Orbitrap Excedion Pro mass spectrometer

Význam tématu

V oblasti metabolomiky je klíčové dosáhnout co nejširšího pokrytí metabolitů v komplexních biologických vzorcích a současně zajistit vysokou kvalitu spekter pro spolehlivou identifikaci. Nízká až střední intenzita signálů často uniká běžným full scan režimům, což omezuje možnost detekce a anotace méně hojných molekul. Implementace pokročilých skenovacích režimů, jako je enhanced Dynamic Range (eDR) na hybridních Orbitrap systémech, slibuje zvýšení citlivosti a spektrálního poměru signálu k šumu, což otevírá cestu k hlubší profilaci metabolomu.

Cíle a přehled studie

Tato studie si klade za cíl porovnat konvenční full scan MS1 režim s novým eDR režimem na Orbitrap Excedion Pro hmotnostním spektrometru při analýze extraktu heřmánkového čaje. Zkoumá dopad eDR na:

• počet detekovaných metabolitů (CV ≤ 20 %),
• poměr signálu k šumu pro nízko- a středně intenzivní ionty,
• počet fragmentačních (MS2) spekter získaných s využitím AcquireX Deep Scan workflow,
• míru anotací pomocí mzCloud knihovny.

Použitá instrumentace

Pro dosažení optimálních výsledků byla využita tato sestava:

• LC systém: Thermo Scientific Vanquish Horizon UHPLC
• Kolonka: Hypersil GOLD VANQUISH C18 (100×2,1 mm, 1,9 μm)
• Hmotnostní spektrometr: Orbitrap Excedion Pro MS s eDR módem
• Iontové zdroje: Thermo Scientific OptaMax Plus

Použitá metodika

Vzorek: Heřmánkový čaj byl extrahován vroucí vodou, injektován a po centrifugaci analyzován v duálním režimu MS1 (eDR zapnuto/vypnuto). Parametry:

• MS1 rozlišení 120 000, MS2 rozlišení 15 000.
• DDA AcquireX Deep Scan: 10 opakovaných injekcí pro maximalizaci MS2 pokrytí.
• Gradientní eluce s mobilní fází voda/methanol + 0,1 % kyseliny mravenčí, 0,3 mL/min.
• Datová analýza v Thermo FreeStyle a Compound Discoverer 3.4 s background subtract.

Hlavní výsledky a diskuse

Aktivace eDR vedla k:

• 2,6× více detekovaných sloučenin při CV ≤ 20 % ve srovnání s klasickým full scanem.
• Výraznému zvýšení poměru signálu k šumu u nízkých a středních intenzit, díky dělení mz rozsahu do subscan oken.
• O ~50 % vyšší identifikaci pomocí mzCloud, a více než dvojnásobek získaných MS2 spekter.
• Nalezení iontů dříve nedetekovaných v legacy režimu (např. 914,4163 m/z).

Přínosy a praktické využití metody

Režim eDR na Orbitrap Excedion Pro umožňuje:

• Rozšířit metabolomovou pokrytí v jediné analýze bez kompromisu rychlosti.
• Spolehlivě detekovat nízko-/středně abundantní sloučeniny.
• Zefektivnit fragmentační analýzu v neprobíraných oblastech spektra.
• Zvýšit množství tentativních anotací pro následné potvrzení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další vývoj v oblasti:

• Inteligentních multiplexních strategií pro rozšíření eDR oken.
• Integrace AI-driven predikcí fragmentací k rychlejší anotaci.
• Automatizované zpracování dat a vyhledávání metabolit v reálném čase.
• Rozšíření aplikace eDR na další omické platformy (lipidomika, proteomika).

Závěr

Enhanced Dynamic Range skenovací mód na Orbitrap Excedion Pro významně zlepšuje citlivost a kvalitu spekter, což vede k hlubšímu pokrytí metabolomu a efektivnějšímu získávání fragmentačních dat. Tato technologie je hodnotným nástrojem pro výzkum složitých biologických vzorků a má široké uplatnění v metabolomice, farmakologii i QA/QC.

Reference

1. Kaufmann A., Maden K., Walker S. Rapid Commun. Mass Spectrom. 34, e8638 (2020)
2. Ranninger C. et al. Anal. Chim. Acta 930, 13–22 (2016)
3. Meier F. et al. Nat. Methods 15, 440–448 (2018)
4. Southam A.D. et al. Nat. Protoc. 12, 310–328 (2017)
5. Sarvin B. et al. Nat. Commun. 11, 3186 (2020)