Metabolomics beschleunigen  

27. Januar 2017

Metabolomics ist wichtig, um die Regulation und Funktion von metabolischen Netzwerken zu untersuchen. Aktuelle Methoden zur Metabolom-Analyse haben entweder lange Messzeiten oder sie sind nicht quantitativ. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie haben nun eine neue Methode entwickelt, die Metabolite in hunderten mikrobieller Zellextrakte pro Tag quantifiziert. Die analytischen Targets sind Metabolite des zentralen Kohlenstoff-Stoffwechsels und von Biosynthesewegen. Dieser technologische Fortschritt eröffnet die Möglichkeit für quantitative, großangelegte Untersuchungen metabolischer Netzwerke und wird zudem nützlich sein, um Mikroorganismen für biotechnologische Prozesse optimal zu konstruieren.

Optimierung der Flüssigkeitschromatographie (liquid chromatography = LC) und Multiple Reaction monitoring (MRM) für schnelle LC-MS/MS

Metabolomics zielt darauf ab, kleine Moleküle in einer Zelle zu quantifizieren. Solche Daten sind wichtig für biotechnologische Anwendungen, da beispielsweise akkumulierte Metabolite auf Engpässe in synthetischen Stoffwechselwegen zur Herstellung von Pharmazeutika oder Feinchemikalien hinweisen können. Für die Grundlagenforschung liefert die Metabolomik ein quantitatives Bild über die Funktion von natürlich entwickelten metabolomischen Netzwerken. Wie sind intrazelluläre Metabolit-Konzentrationen im Vergleich zu kinetischen Parametern von Enzymen, und in welchem Umfang ändern sie sich nach Störungen? Dies sind aktuelle Fragestellungen im Bereich der Stoffwechselforschung.
Die Forschungsgruppe von Hannes Link hat die Bedingungen für die Flüssigkeitschromatographie optimiert und mit hintereinandergeschalteter Massenspektrometrie (LC-MS/MS) gekoppelt, um die langen Messzeiten der aktuellen Methoden zu überwinden. Um so viele Metabolite wie möglich abzudecken, testete die Forschungsgruppe die Methode für alle polare Metabolite wie Aminosäuren, Nukleotide, Kofaktoren und Verbindungen des zentralen Stoffwechsels. Über 200 dieser Substanzen aus dem Bakterium Escherichia coli konnten die Forscher mittels ihrer Methode detektieren. Als ultimativer „Stresstest“ wurden einzelne Metabolit-Standards mit Proben aus Zellen gemischt. Mittels dieser Analyse konnte gezeigt werden, dass die Methode sehr spezifisch für die jeweiligen Analyte ist. Die neue LC-MS/MS-Methode erlaubt es Wissenschaftlern gezielte Metabolite schnell unter vielen Bedingungen in vielen Stämmen zu untersuchen.

Referenz:

Guder J.C. et al. (2017) Time-Optimized Isotope Ratio LC-MS/MS for High-Throughput Quantification of Primary Metabolites. Analytical Chemistry, 10.1021/acs.analchem.6b03731

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