MALDI-TOF Mass Spectrometry Imaging (MSI) for Distribution Analysis of Anthocyanins in Strawberry Fruits

Význam tématu

Imagingová hmotnostní spektrometrie (MSI) s MALDI-TOF umožňuje prostorové zobrazení rozložení biomolekul v biologických vzorcích. V případě jahodových plodů se jedná zejména o distribuci antokyaninů, polyfenolických barviv s antioxidačními, protizánětlivými a antitumorovými účinky. Detailní lokalizace těchto látek napomáhá lepšímu poznání metabolických drah, biologické aktivity a optimalizaci pěstování či šlechtění plodin s vyšším obsahem bioaktivních složek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo identifikovat a prostorově zobrazit hlavní antokyaninové sloučeniny v odrůdě Tochiotome jahod pomocí MALDI-TOF MSI. Studie zahrnovala předběžnou analýzu extraktů, přípravu plátků plodů a následné zobrazení distribuce antokyaninů v různých tkáních plodu i v achenách.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: zmražení plodů v CMC, řezání kryostatem na 80 µm plastry, sušení a montáž na ITO skleněné destičky.
• Extraktová analýza: lyofilizace, extrakce 50 % methanolem, centrifugace, míchání s maticí DHB (2,5-dihydroxybenzoová kyselina) a MALDI-MS/MS profiling.
• MSI: aplikace maticového roztoku TM-Sprayerem za zvýšené teploty (85 °C), měření na ultrafleXtreme MALDI-TOF/TOF MS, pozitivní iontový režim, mapa rozlišení 200 µm, normalizace na TIC.

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekce šesti hlavních antokyaninů: pelargonidin-3-O-glukosid, cyanidin-3-O-glukosid, delphinidin-3-O-glykosid, a jejich malonyl- a rutinozidové deriváty.
• Poprvé v jahodách identifikován delphinidin-3-O-glykosid.
• Prostorová distribuce: pelargonidinové sloučeniny široce rozšířené ve slupce, kůře a dřeni; cyanidinové a delphinidinové deriváty převážně v povrchových vrstvách.
• Acheny vykazovaly vyšší koncentraci pelargonidinových a cyanidinových glykosidů, což odráží jejich významný podíl na antioxidační aktivitě semen.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a podrobná charakterizace prostorového rozložení bioaktivních látek přímo v tkáních plodů.
• Podpora šlechtění plodin s optimalizovaným obsahem antokyaninů pro potravinářské a nutraceutické účely.
• Aplikace v kontrole kvality, výzkumu metabolismu a hodnocení biologické aktivity antokyaninů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda MSI lze rozšířit pro sledování dalších skupin metabolitů v plodech a zelenině. Kombinace s genetickými a agronomickými studiemi umožní komplexní porozumění biosyntetických drah a regulaci produkce barviv. V medicínských výzkumech se může využít k mapování distribuce bioaktivních látek v cílových tkáních po orální nebo topické aplikaci.

Závěr

MALDI-TOF MSI prokázala vysokou citlivost a prostorové rozlišení při analýze antokyaninů v jahodách. První detekce delphinidin-3-O-glykosidu podtrhuje potenciál metody pro odhalování nových sloučenin. Výsledky podporují využití MSI v potravinářské analýze, šlechtění plodin a studiu biologické aktivity.

Reference

1. Yoshimura Y, Goto-Inoue N, Moriyama T, Zaima N. 2016. Significant advancement of mass spectrometry imaging for food chemistry. Food Chem. 210:200–211.
2. Lin BW, Gong CC, Song HF, Cui YY. 2016. Effects of anthocyanins on the prevention and treatment of cancer. Br J Pharmacol. 174(11):1226–1243.
3. Giampieri F, Gasparrini M, Forbes-Hernandez TY, et al. 2018. Overexpression of the Anthocyanidin Synthase Gene in Strawberry Enhances Antioxidant Capacity and Cytotoxic Effects on Human Hepatic Cancer Cells. J Agric Food Chem. 66:581–592.
4. Nile SH, Park SW. 2014. Edible berries: bioactive components and their effect on human health. Nutrition. 30:134–144.
5. Zaima N, Sasaki T, Tanaka H, et al. 2011. Imaging mass spectrometry-based histopathologic examination of atherosclerotic lesions. Atherosclerosis. 217:427–432.
6. Giampieri F, Alvarez-Suarez JM, Battino M. 2014. Strawberry and human health: Effects beyond antioxidant activity. J Agric Food Chem. 62:3867–3876.
7. Ariza MT, Reboredo-Rodríguez P, Mazzoni L, et al. 2016. Strawberry Achenes Are an Important Source of Bioactive Compounds for Human Health. Int J Mol Sci. 17(7):1103.