An Untargeted Exposure Study of Small Isolated Populations Using Atmospheric Gas Chromatography Coupled with High Resolution Mass Spectrometry

Význam tématu

Analýza lidské expozice environmentálním kontaminantům je klíčová pro porozumění rizikům spojeným s perzistentními organickými polutanty (POPs), jako jsou dioxiny, PCB a PAH. Exposomika, tedy neřízené sledování širokého spektra látek, umožňuje identifikovat rozdíly v kontaminaci mezi populacemi a hledat nové biomarkery expozice.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat expozici drobných izolovaných pobřežních komunit ke kontaminantům v plasmě. Použit byl univerzální protokol APGC-HRMS v režimu MSE, který kombinuje měření přesné hmotnosti i fragmentační data. Nejprve se provedla cílená analýza vůči databázi definovaných POPs, následovala multivariační analýza pro nalezení skupinových rozdílů a neřízené vyhledávání neznámých látek.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: denaturace plasmatu ethanolem a NH4SO4, extrakce hexanem, purifikace na florisilovém sloupci, koncentrování do 20 µL hexanu.
• GC podmínky: Agilent 7890 s kolonkou Rtx-5MS (0,25 mm × 0,25 µm), splitless injekce, tok 2 mL/min, teplotní program 80 °C→125 °C→340 °C.
• APGC ionizace: atmosférická tlaková chemická ionizace (API+) pro štěrbinově jemnou ionizaci a zachování molekulární iontové špičky.
• MS detekce: Waters Xevo G2-XS QTof v režimu MSE (nízká energie 6 eV, vysoká 30–75 eV), rozsah 50–1000 m/z, rychlost skenu 0,15 s, lockmass polysiloxan 281,0512 m/z.
• Software: UNIFI Scientific Information System pro správu dat, Progenesis QI pro cílené i neřízené vyhodnocení, MetaScope pro vyhledávání v uživatelské databázi, EZinfo pro OPLS-DA.

Hlavní výsledky a diskuse

Cílená analýza identifikovala 24 POPs ve vzorcích, přičemž nejvyšší koncentrace se objevily v populaci 1 (např. hexachlorobenzen, PCB 118, PCB 153). Následná filtrace podle max. fold-change (>2×) odhalila 11 látek s výraznými rozdíly. Neřízená analýza pomocí PCA ukázala jasné oddělení pěti komunit. OPLS-DA a S-plot identifikovaly 17 významných markerů, které byly automaticky vyhledány v ChemSpider databázích. Mezi možné neznámé expozomické markery patřil vitamin E (tocopherol) a 1,3-benzothiazol spolu s příbuznou sloučeninou 4-fenyl-2-propyl-1,3-thiazol. Autentifikace 1,3-benzothiazolu proběhla srovnáním spekter vzorku a standardu.

Přínosy a praktické využití metody

Integrace «soft» ionizace APGC a režimu MSE umožňuje získat plné spektrum molekulárního i fragmentačního signálu v jednom běhu. Software Progenesis QI pak zefektivňuje zpracování velkých datových sad, multimodální statistiku a automatické párování se strukturálními databázemi. Taková workflow je vhodná pro environmentální biomonitoring, studiování expozomu a QA/QC aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj lze očekávat v oblasti umělé inteligence pro prediktivní identifikaci neznámých látek, rozšíření chemických knihoven, integraci více omických dat (metabolomika, proteomika) a ve využití této platformy pro personalizovanou expozomiku, sledování chronických expozic a environmentální epidemiologii.

Závěr

Studie potvrdila, že kombinace APGC-HRMS v režimu MSE a pokročilých softwarových nástrojů Progenesis QI/UNIFI umožňuje rychlou, komplexní a necílenou analýzu expozice perzistentním polutantům i objev nových environmentálních markerů. Tím se otevírají nové možnosti pro environmentální a biomonitorovací studie.

Reference

• Atmospheric Pressure GC (APGC). Waters White Paper, 2013.
• Burdick GE, Harris EJ, Dean HJ, Walker TM, Skea J, Colby D. The Accumulation of DDT in Lake Trout; 1964.
• Piironen V. Tocopherols and Tocotrienols in Finnish Foods. J Agric Food Chem. 1991.
• Asimakopoulos AG, Thomaidis NS, Kannan K. Benzotriazoles and Benzothiazoles in Human Urine. Environ Int. 2013.