Metabolomics: Intelligence Driven Metabolomics Workflows: Hardware and Software Innovations for Improved Quantification and Annotation

Význam tématu

Metabolomika se zaměřuje na komplexní studium endogenních malých molekul, které odrážejí biochemický fenotyp organismu a poskytují klíčové informace o fyziologické funkci a patologiích. Vzhledem k široké škále chemických vlastností metabolitů (molekulová hmotnost, polarita, struktura, koncentrace) je nezbytné využít vysoce citlivé, vysoce rozlišovací a přesné metodiky pro jejich spolehlivou detekci a kvantifikaci.

Cíle a přehled studie

Článek představuje inovativní hardware a software řešení pro zvýšení kvality kvantifikace a strukturové anotace v metabolomických workflow. Klíčovými aspekty jsou pokročilé Orbitrap-based hmotnostní spektrometry, inteligentní akviziční strategie (AcquireX) a softwarové nástroje Compound Discoverer 3.3 s integrovanou spektrální knihovnou mzCloud.

Použitá metodika a instrumentace

• Orbitrap Exploris 240 MS s kvadrupólem a Tribrid série s lineární iontovou pastí pro HRAM MS, MS/MS (HCD, CID), MSn a UVPD
• UHPLC systém Vanquish Duo s C18 kolónou a 15min gradientem
• Software Thermo Fisher Compound Discoverer 3.3 s funkcemi nového detektoru špiček, optimalizací pro velká data, rozšířením GC/MS workflow a molekulárními sítěmi
• Spektrální knihovna mzCloud obsahující přes 5 milionů fragmentačních spekter s HCD a CID z purifikovaných standardů
• AcquireX inteligentní akvizice s iterativní inkluzí/exkluzí pro zvýšení počtu relevantních MS2 a MSn spectra

Hlavní výsledky a diskuse

• HRAM měření na Orbitrapu rozlišuje izobarické druhy a detailní izotopové vzory s přesností pod 1 ppm
• Vícenásobné disociace (CID, HCD, MSn, UVPD) generují bohatá fragmentační data pro precizní strukturální charakterizaci neznámých sloučenin
• AcquireX zvyšuje počet relevantních fragmentačních spekter a minimalizuje šum a redundance z pozadí
• Semi‐targeted workflow umožňuje kombinovat cílenou kvantifikaci stanovené sady metabolitů a necílenou analýzu nových biomarkerů v jediné injekci

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší jistota identifikace metabolitů díky kombinaci přesného měření a víceúrovňové fragmentace
• Úspora vzorků a času díky semi‐targeted pracovnímu postupu v jediné analýze
• Automatizace akvizice (AcquireX) zkracuje dobu analýzy a zvyšuje informativnost dat
• Software Compound Discoverer urychluje zpracování a anotaci neznámých látek

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace strojového učení a umělé inteligence pro predikci struktur na základě fragmentačních vzorů
• Rozšíření a zpřesnění spektrálních knihoven a adaptivních akvizičních metod
• Hybridní přístupy spojující genomiku, proteomiku a metabolomiku pro holistické studie
• Aplikace v klinické diagnostice, farmaceutickém výzkumu a environmentální analytice

Závěr

Intelligence Driven Metabolomics workflow kombinuje špičkový hardware a inteligentní softwarová řešení pro dosažení vysoké kvality dat, efektivity a širšího biologického záběru. Semi‐targeted a inteligentní akviziční strategie představují klíčové inovace pro budoucí výzkum a aplikace v oblasti metabolomiky.

Reference

1. Oliver SG, Winson MK, Kell DB a Baganz F Systematic functional analysis of the yeast genome Trends in Biotechnology 1998 16(9):373-8