EXPANDING THE SCOPE OF TILE-BASED GC×GC–TOFMS DATA ANALYSIS

Význam tématu

Komplexní dvourozměrná chromatografie spojená s TOFMS (GC×GC–TOFMS) poskytuje výjimečný separační a identifikační výkon pro nestrukturované složité směsi. Tile-based přístup k analýze dat překonává posuny retence mezi běhy a nabízí robustní, objektivní metodiku pro objevování a kvantifikaci významných chemických rozdílů mezi vzorkovými třídami. Tato platforma nachází uplatnění v metabolomice, potravinářské kontrole, environmentálních studiích či biomarkerovém výzkumu.

Cíle a přehled studie / článku

V článku autoři představují rozšíření a uplatnění tile-based metodiky v různých aplikačních oblastech. Hlavními cíli jsou:

• Vyvinout obecný pracovní postup pro nenáročné objevovací srovnávací studie (supervised/unsupervised).
• Implementovat a rozšířit Fisher-ratio metody, 1v1 metriky a varianciální hodnocení (RSD2).
• Aplikovat tyto postupy na modelové systémy: cyklický metabolismus kvasinek, biomarkery kloubního zánětu, vliv pěstebních podmínek na metabolom pacu ryb, kvalita kakaových bobů a rozlišení typů paliv.

Použitá instrumentace

Pro získání dat byl použit systém GC×GC–TOFMS vybaven softwarovou platformou ChromaTOF Tile. Zdrojem separace byla modulární kolona pro dvoustupňové dělení a detekce probíhala plně scanovacím TOF analyzátorem s vhodným rozlišením pro trimethylsilylové deriváty a další funkční skupiny.

Hlavní výsledky a diskuse

Analytický přístup Tile-based Fisher-ratio umožnil:

• V cyklu metabolitů kvasinek identifikovat 210 cyklických metabolitů oproti původním 85, což potvrzuje robustnost při více než 20 třídách vzorků.
• U pacientů s poraněním ACL odhalit specifické biomarkery zánětu, které se statisticky významně liší (p<0,05) od kontrolní skupiny.
• Ve studii pacu ryb prokázat, že integrovaný systém pěstování rýže a ryb vede k výrazné down-regulaci klíčových metabolitů (70 ze 110 hitů).
• V objevné 1v1 analýze kakaových bobů demonstrovat přesné porovnání dvou chromatogramů a zjistit aroma-aktivní sloučeniny jako 2,3-butanediol nebo pyraziny.
• U paliv využít varianciální hodnocení (RSD2) pro odhalení potenciálních vzorkových tříd bez předchozího rozdělení a následně zlepšit prediktivní modely PLS.

Přínosy a praktické využití metody

Tile-based přístup nabízí:

• Automatizované generování hit-listů s minimálními dopady posunů retence.
• Flexibilitu metrik pro dosažení vysoké citlivosti při detekci rozdílů v široké škále experimentálních návrhů.
• Rychlou identifikaci a kvantifikaci kandidátních biomarkerů a znečišťujících látek.
• Možnost přechodu z objevovací fáze na rutinní cílené testování.

Budoucí trendy a možnosti využití

V dalším vývoji lze očekávat:

• Integraci dalších metrik hodnocení (např. modulární F-ratio, informace-theoretické ukazatele nebo strojové učení).
• Rozšíření tile-based analýzy na kontinuální on-line monitorování procesů.
• Propojení s databázovým vyhledáváním pro rychlejší a přesnější chemoinformatiku.
• Uplatnění v klinických studiích s vysokým počtem skupin a opakování.

Závěr

Tile-based GC×GC–TOFMS metodika významně posouvá limity objemné nestrukturované analýzy směsí. Díky modulárním metrikám Fisher-ratio, 1v1 a RSD2 dokáže efektivně odhalit klíčové rozdíly, podpořit objevování nových biomarkerů a nabídnout cestu k rutinnímu cílenému testování.

Reference

• Trinklein T.J. et al. Recent Advances in GC×GC and Chemometrics to Address Emerging Challenges in Nontargeted Analysis. Anal. Chem. 2023, 95, 264–286.
• Johnson K.J.; Synovec R.E. J. Chemom. Intell. Lab. Syst. 2002, 60, 225–237.
• Marney L.C. et al. Talanta 2013, 115, 887–895.
• Parsons B.A. et al. Anal. Chem. 2015, 87, 3812–3819.
• Watson N.E. et al. J. Chromatogr. A 2016, 1459, 101–111.
• Reaser B.C.; Wright B.W.; Synovec R.E. Anal. Chem. 2017, 89, 3606–3612.
• Prebihalo S.E. et al. Anal. Chem. 2020, 92, 15526–15533.
• Schöneich S.; Ochoa G.S.; Monzón C.M.; Synovec R.E. J. Chromatogr. A 2022, 1667, 462868.
• Tu B.P. et al. Science 2005, 310, 1152–1158.
• Mohler R.E. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 16886–16891.
• Mohler R.E. et al. J. Chromatogr. A 2008, 1186, 401–411.
• Mikaliunaite L.; Synovec R.E. Talanta 2022, 244, 123396.
• Cain C.N. et al. Anal. Chem. 2022, 94, 5658–5666.
• Sudol P.E.; Ochoa G.S.; Synovec R.E. Anal. Chim. Acta 2022, 1209, 339847.
• Berrier K.L. et al. Energy Fuels 2020, 34, 4084–4094.