Metabolomic differential analysis of gene-mutated Drosophila using LC/MS and GC/MS

Význam tématu

Genetické mutace ovlivňují metabolismus a mohou způsobovat dědičná onemocnění. Analýza metabolomů u modelových organismů, jako je Drosophila melanogaster, pomáhá porozumět dopadům mutací na biochemické cesty. Kombinovaná GC/MS a LC/MS analýza rozšiřuje počet detekovaných metabolitů a zvyšuje spolehlivost výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřuje na porovnání metabolomů žlutě mutantních a divokého typu Drosophila pomocí LC/MS (Shimadzu LCMS-8060NX) a GC/MS (Shimadzu GCMS-TQ 8040 NX). Cílem je identifikovat rozdíly v koncentracích metabolitů a vizualizovat je prostřednictvím statistických metod v Multi-omics Analysis Package.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky:

• 100 Drosophila: 50 divoký typ, 50 geneticky mutovaní
• Skupiny po 5 kusech, celkem 20 vzorků

Preanalytická příprava:

• Rozemletí a extrakce podle Metabolomics Pretreatment Handbook

Analytické postupy:

• LC/MS s primárním metabolitním módem na LCMS-8060NX
• GC/MS pro deriváty na GCMS-TQ 8040 NX

Data byla vyhodnocena v Multi-omics Analysis Package pomocí PCA, volcano plotu a metabolických map.

Hlavní výsledky a diskuse

1. PCA ukázala jasné oddělení vzorků divokého typu a mutantů na dvou hlavních složkách (47,3 % kumulativně).
2. Loading plot identifikoval klíčové metabolity:

• Divoký typ: kyurenová kyselina, vitamin B12, methionin sulfoxid
• Mutanti: citrulin, prolin, karnitin; u části mutantů navíc malát a asparagová kyselina

3. Volcano plot potvrdil signifikantní rozdíly v několika metabolitech, především zvýšenou koncentraci citrulinu u mutantů a kynureninu u divokého typu.
4. Integrovaná analýza LC/MS a GC/MS na metabolické mapě kynureninového cyklu ukázala vyšší hladiny všech klíčových komponent u divokého typu.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní pokrytí primárního metabolomu kombinací LC/MS a GC/MS
• Intuitivní vizualizace výsledků a statistických analýz v Multi-omics Analysis Package
• Rychlá identifikace a kvantifikace rozdílů způsobených genetickými mutacemi

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření o další omické vrstvy (proteomika, lipidomika)
• Automatizace přípravy vzorků a datové analýzy za pomoci strojového učení
• Využití v klinické diagnostice dědičných metabolických onemocnění
• Adaptace metody na jiné modelové organismy a lidské biologické vzorky

Závěr

Spojené použití LC/MS a GC/MS společně s výkonným softwarem umožnilo detailní porovnání metabolomů divokého typu a mutantních Drosophila. Metodika prokázala schopnost efektivně detekovat a vizualizovat klíčové metabolity ovlivněné genetickými mutacemi, což otevírá cestu k dalším aplikacím v biomedicínském výzkumu.

Reference

• (1) What is genetic disease plus, genetic mutation? How does it happen? accessed 20 June 2022
• (2) Shimadzu Corporation, Metabolomics Pretreatment Handbook, accessed 9 June 2022