Metabolic Changes in Lung Tissue of Tuberculosis-Infected Mice Using GC/Q-TOF with Low Energy EI

Význam tématu

Tuberkulóza je globálně významné infekční onemocnění s miliony nových případů a vysokou úmrtností každý rok. Identifikace metabolických biomarkerů pomocí metabolomiky přispívá k lepšímu pochopení patofyziologie tuberkulózy a k vývoji nových diagnostických a terapeutických přístupů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo provést necilenou analýzu metabolomického profilu plicní tkáně myší infikovaných Mycobacterium tuberculosis ve srovnání s neinfikovanou kontrolou po devíti týdnech infekce. Studie usilovala o identifikaci nových biomarkerů a patofyziologických drah spojených s infekcí.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu vzorků byly plicní tkáně extrahovány, vysušeny a derivatizovány metodou O-methoximace a následné trimethylsilylace. Analýzy probíhaly na soustavě GC/Q-TOF se zdrojem nízkoenergetické EI. Pro separaci byl použit sloupec DB-5MS, objem injekce 1 µl ve split módu 10:1. Teplotní program pece začínal na 60 °C, zvyšoval se o 10 °C za minutu až na 325 °C s devítiminutovou stabilizací. Nosným plynem bylo helium při konstantním průtoku 1 ml za minutu. Zdroj a kvadrupól byly udržovány při teplotách 200 °C a 150 °C. Nízké energie elektronů (12, 15 a 17 eV) umožnily detekci molekulových iontů v rozmezí 50 až 950 m/z při frekvenci snímání 5 Hz. Data byla vyhodnocena pomocí knihoven Fiehn RI, NIST a Metabolomics PCDL, detekci signálů prováděl algoritmus SureMass a statistickou analýzu software Mass Profiler Professional s modulem Pathway Architect.

Hlavní výsledky a diskuse

PCA odhalila jasné oddělení vzorků infikované a neinfikované tkáně. Analýza fold change a heatmapy identifikovaly významné změny hladin aminokyselin, nukleobází, itakonové kyseliny a kynureninu. Pathway Architect vyzdvihl zásadní změny v drahách metabolismu purinů, pyrimidinů a biosyntézy NAD. Nízká energie EI a cílené MS/MS experimenty s následnou strukturální korelací umožnily potvrzení molekulových iontů a stanovení vzorců neznámých sloučenin.

Přínosy a praktické využití metody

Tato kombinace necilené metabolomiky a nízkoenergetické EI poskytuje citlivou a selektivní detekci širokého spektra metabolitů v komplexních biologických vzorcích. Metoda podporuje objevování potenciálních biomarkerů a detailní mapování biochemických drah spojených s infekcí tuberkulózou.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování zahrnuje integraci s dalšími omickými technologiemi, rozšíření knihoven nízkoenergetických spekter a aplikace v klinických studiích či monitorování léčebné odpovědi. Vývoj rychlejších a robustnějších nástrojů pro necilenou analýzu posílí možnosti personalizované medicíny a diagnostiky.

Závěr

Studie prokázala vysokou vhodnost GC/Q-TOF s nízkoenergetickou EI v necilené metabolomice plicní tkáně myší infikovaných Mtb. Identifikované změny metabolitů a biochemických drah naznačují nové biomarkery a přinášejí hlubší porozumění patogenezi tuberkulózy.

Reference

• World Health Organization Factsheet 104 2014
• Strelko CL et al J Am Chem Soc 2011 133 41 16386–16389