Thermo Scientific Compound Discoverer software

Význam tématu

Analýza nízkomolekulárních látek hraje klíčovou roli v mnoha oblastech, jako je metabolomika, environmentální výzkum, potravinová bezpečnost, farmaceutická kontrola kvality či forenzní toxikologie. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRAM) přináší obrovské objemy dat s bohatou informační kvalitou. Hlavní výzvou zůstává rychlé a spolehlivé zpracování těchto dat, identifikace neznámých složek ve složitých matricích a interpretace nalezených výsledků ve vztahu k biologickým či chemickým systémům.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem popsaného white paperu je představit software Thermo Scientific™ Compound Discoverer™, integrované řešení pro zpracování dat z Orbitrap™ hmotnostních spektrometrů. Studie demonstruje, jak lze pomocí předpřipravených šablon či uživatelsky konfigurovaných pracovních postupů výrazně zkrátit dobu potřebnou k identifikaci neznámých sloučenin, stanovení rozdílů mezi vzorky a interpretaci biologických drah.

Použitá metodika a instrumentace

• Detekce a analýza pomocí Orbitrap™ HRAM hmotnostních spektrometrů
• Software Compound Discoverer pro návrh a vizualizaci datových workflow
• Spektrální knihovny: online mzCloud™ a lokální mzVault™
• Online databáze: ChemSpider™ pro vyhledání možných struktur
• Biologické databáze: KEGG™, BioCyc™ a Metabolika™ pro mapování drah
• Statistické moduly: PCA, PLS-DA, ANOVA, t-testy, klastrování, trendové a volcano analýzy
• Funkce pro stabilně izotopové značení a analýzu přenosu (metabolické toky)

Hlavní výsledky a diskuse

• Rychlé spuštění analýzy pomocí Study and Analysis Wizard a šablon pro různé aplikace (metabolomika, potravinová bezpečnost, forenzní toxikologie)
• Drag & drop tvorba a vizualizace flexibilních workflow sestavených ze zpracovatelských uzlů
• Integrované neznámé identifikace: kombinace spektrálních vyhledávání v mzCloud, lokálním mzVault, databázových dotazů a algoritmu mzLogic
• Spektrální podobnost a ortogonální databázové vyhledávání vedoucí k navržení struktur, hodnocení fragmentů a vyhodnocení izotopových vzorců
• Class-based fragment search pro rychlou detekci strukturálních analogů ve vzorcích
• Automatizované stanovení elementárních složení s využitím přesných hmotnostní a izotopových vzorců
• Pokročilá statistická analýza (PCA, PLS-DA, heatmapy, klastrování) pro odhalení reálných rozdílů mezi skupinami vzorků
• Podpora vnořených studií (nested design) pro párové srovnání subjektů se sebou samými
• Norma­lizace založená na kvalitativních kontrolách (QC) normalizuje každý analyzát vůči sobě samému
• Pokročilá retence time alignment přes stovky vzorků s vizualizací výsledků a identifikací odlehlých souborů
• Automatizovaný export cílových inkluzních či exkluzních seznamů pro další cílenou analýzu

Přínosy a praktické využití metody

Compound Discoverer umožňuje výzkumníkům i rutinním laboratořím:

• Ušetřit čas integrací všech kroků zpracování dat v jednom prostředí
• Zvýšit míru identifikace neznámých molekul díky kombinaci spektrálních a databázových přístupů
• Spolehlivě odlišit biologicky či environmentálně významné rozdíly mezi vzorkovými skupinami
• Bez nutnosti ručního zadávání generovat metody pro cílené MS/MS měření
• Mapovat výsledky do biologických drah a metabolických sítí za účelem hlubší interpretace dat

Budoucí trendy a možnosti využití

• Strojové učení a umělá inteligence pro pokročilejší automatickou interpretaci spekter a predikci struktur
• Rozšiřování a sdílení spektrálních databází v cloudovém prostředí pro okamžitý přístup k nejnovějším referenčním datům
• Integrace IMS (ion mobility spectrometry) pro další ortogonální parametr v separaci a identifikaci
• Online propojení s metabolickými modely a simulacemi toku látek v reálném čase
• Vývoj uživatelsky přívětivých nástrojů pro menší laboratoře bez specialistů na bioinformatiku

Závěr

Thermo Scientific™ Compound Discoverer™ představuje komplexní a vysoce konfigurovatelné řešení pro analýzu nízkomolekulárních sloučenin. Plně využívá schopnosti HRAM Orbitrap spektrometrů, integruje bohaté spektrální i databázové zdroje a nabízí robustní statistické moduly. Díky tomu výrazně zrychluje a zjednodušuje identifikaci, kvantifikaci a interpretaci složitých dat ve výzkumu i rutinním provozu.

Reference

1. Dunn W.B., et al. Procedures for large-scale metabolic profiling of serum and plasma using gas chromatography and liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Nat. Protoc. 2011;6(7):1060–83.