Application of GC Orbitrap mass spectrometry for untargeted metabolomics of pathogenic microorganisms
Aplikace | 2016 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Infekce způsobené patogenními bakteriemi a houbami, zejména Staphylococcus aureus a Candida albicans, představují závažný zdravotní problém kvůli tvorbě odolných biofilmů a narůstající rezistenci vůči antibiotikům. Detailní studium metabolických interakcí mezi těmito mikroorganismy může odhalit klíčové biochemické dráhy ovlivňující virulenci a otevřít cestu ke změněným terapeutickým postupům.
Hlavním cílem bylo využít nekcílenou metabolomiku založenou na plynné chromatografii spojené s vysokorozlišovací Orbitrap hmotnostní spektrometrií pro identifikaci a kvantifikaci statisticky signifikantních metabolitů v médiích a buňkách kultivovaných samostatně i v ko-kultuře C. albicans se S. aureus. Studie sleduje rozbor změn v extracelulárním i intracelulárním metabolomu a snaží se objasnit chemické signály podporující synergii patogenů.
Vzorky buněk a médií byly lyofilizovány a podrobeny dvoustupňové derivatizaci: methoximaci (20 mg/ml methoxyamin HCl, 60 °C, 120 min) a silylaci (MSTFA+1 % TMCS, 80 °C, 120 min). Analýza probíhala v náhodném pořadí s opakovanými QC vzorky pro zajištění reproducibility.
Analýza dat ukázala jasnou separaci medií a buněčných vzorků v PCA s vysokou opakovatelností QC (<20 % RSD). Mezi klíčové nálezy patří:
Vysoká hmotnostní přesnost sub-ppm, rozsáhlý dynamický rozsah a full-scan citlivost umožňují komplexní nekcílenou metabolomiku za použití komerčních i vlastních knihoven. Rychlý datový tok od analýzy k interpretaci zvyšuje efektivitu laboratorního workflow a usnadňuje objevování biomarkerů v mikrobiálních interakcích.
Perspektivní směřování zahrnuje rozšíření spektrálních knihoven s MS/MS daty, integraci s proteomickými a genomickými přístupy, automatizované bioinformatické platformy a aplikaci na další patogeny či polymikrobiální systémy. Vývoj výkonnějších derivatizačních protokolů a miniaturizovaných GC-MS systémů může dále zlepšit citlivost a throughput.
Studie prokázala, že GC Orbitrap HRMS platforma Q Exactive GC poskytuje robustní a citlivý přístup pro nekcílenou metabolomiku patogenních mikroorganismů. Identifikace klíčových metabolitů v ko-kultuře C. albicans a S. aureus přináší nové poznatky o jejich biochemické synergii a otevírá cestu k vývoji inovativních terapeutických strategií.
GC/MSD, GC/MS/MS, GC/HRMS, GC/Orbitrap
ZaměřeníMetabolomika, Klinická analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Infekce způsobené patogenními bakteriemi a houbami, zejména Staphylococcus aureus a Candida albicans, představují závažný zdravotní problém kvůli tvorbě odolných biofilmů a narůstající rezistenci vůči antibiotikům. Detailní studium metabolických interakcí mezi těmito mikroorganismy může odhalit klíčové biochemické dráhy ovlivňující virulenci a otevřít cestu ke změněným terapeutickým postupům.
Cíle a přehled studie / článku
Hlavním cílem bylo využít nekcílenou metabolomiku založenou na plynné chromatografii spojené s vysokorozlišovací Orbitrap hmotnostní spektrometrií pro identifikaci a kvantifikaci statisticky signifikantních metabolitů v médiích a buňkách kultivovaných samostatně i v ko-kultuře C. albicans se S. aureus. Studie sleduje rozbor změn v extracelulárním i intracelulárním metabolomu a snaží se objasnit chemické signály podporující synergii patogenů.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorky buněk a médií byly lyofilizovány a podrobeny dvoustupňové derivatizaci: methoximaci (20 mg/ml methoxyamin HCl, 60 °C, 120 min) a silylaci (MSTFA+1 % TMCS, 80 °C, 120 min). Analýza probíhala v náhodném pořadí s opakovanými QC vzorky pro zajištění reproducibility.
- GC separace: Thermo Scientific TRACE 1310 s kolonkou TraceGOLD TG-5Sil MS (30 m×0,25 mm×0,25 µm).
- Injektor: SSL režim, split 1:100, He 1,0 ml/min, teplota 250 °C, objem 1 µl.
- Oven program: 70 °C (4 min) → 320 °C (20 °C/min, držení 8 min).
- Detekce: Thermo Scientific Q Exactive GC Orbitrap, EI 70 eV, full-scan 50–650 Da, rozlišení 60 000 (m/z 200), vnitřní lockmass m/z 207,03235.
- Automatizace: Thermo Scientific TriPlus RSH s robotickým ramenem.
- Softwarové zpracování: Compound Discoverer pro detekci, alignaci, PCA a Volcano analýzu; TraceFinder pro dekonvoluci, knihovní vyhledávání (NIST, vlastní HR metabolity) a semi-kvantitaci.
Hlavní výsledky a diskuse
Analýza dat ukázala jasnou separaci medií a buněčných vzorků v PCA s vysokou opakovatelností QC (<20 % RSD). Mezi klíčové nálezy patří:
- Snížené hladiny glycinu ve spent médiu S. aureus.
- Signifikantní zvýšení koncentrace sedoheptulóza-7-fosfátu v ko-kultuře, naznačující jeho úlohu v interakci patogenů.
- Detekce sugar fosfátů, aminokyselin a polyolů (myo-, scyllo-inositol) v intracelulárním metabolomu.
- Potvrzení identifikace spojováno s vysokým skóre NIST (>700) a HRF, doplněné srovnáním s derivatizovanými standardy.
Přínosy a praktické využití metody
Vysoká hmotnostní přesnost sub-ppm, rozsáhlý dynamický rozsah a full-scan citlivost umožňují komplexní nekcílenou metabolomiku za použití komerčních i vlastních knihoven. Rychlý datový tok od analýzy k interpretaci zvyšuje efektivitu laboratorního workflow a usnadňuje objevování biomarkerů v mikrobiálních interakcích.
Budoucí trendy a možnosti využití
Perspektivní směřování zahrnuje rozšíření spektrálních knihoven s MS/MS daty, integraci s proteomickými a genomickými přístupy, automatizované bioinformatické platformy a aplikaci na další patogeny či polymikrobiální systémy. Vývoj výkonnějších derivatizačních protokolů a miniaturizovaných GC-MS systémů může dále zlepšit citlivost a throughput.
Závěr
Studie prokázala, že GC Orbitrap HRMS platforma Q Exactive GC poskytuje robustní a citlivý přístup pro nekcílenou metabolomiku patogenních mikroorganismů. Identifikace klíčových metabolitů v ko-kultuře C. albicans a S. aureus přináší nové poznatky o jejich biochemické synergii a otevírá cestu k vývoji inovativních terapeutických strategií.
Reference
- Crump JA, Collignon PJ. 2000. Intravascular catheter-associated infections. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 19:1–8.
- Carlson EC. 1988. Synergism of Candida albicans and delta toxin producing Staphylococcus aureus on mouse mortality and morbidity: protection by indomethacin. Zbl Bakteriol Mikrobiol Hyg C. 269:377–386.
- Morales DK, Hogan DA. 2010. Candida albicans Interactions with Bacteria in the Context of Human Health and Disease. PLoS Pathog. 6(4):e1000886.
- Weidt S, Haggarty J, Kean R, Cojocariu CI, Silcock PJ, Rajendran R, Ramage G, Burgess KEV. 2016. A novel targeted/untargeted GC-Orbitrap metabolomics methodology applied to Candida albicans and Staphylococcus aureus biofilms. Metabolomics. (submitted).
- Dunn WB, Broadhurst D, Begley P et al. 2011. Procedures for large-scale metabolic profiling of serum and plasma using GC and LC coupled to MS. Nat Protoc. 6(7):1060–1083.
- Thermo Fisher Scientific. 2015. Untargeted Metabolomics Using Orbitrap-Based GC-MS. Application Note 10457.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Application of GC Orbitrap mass spectrometry for untargeted metabolomics of pathogenic microorganisms
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE Authors: Cristian Cojocariu,1 Stefan Weidt,2 Jeni Haggarty,2 Paul Silcock1 and Karl Burgess2 Thermo Fisher Scientific, Runcorn, UK; 2Glasgow Polyomics, 1 University of Glasgow, Glasgow, UK Keywords: Metabolomics, Q Exactive GC, Pathogenic bacteria, Biofilms, Staphylococcus aureus, Candida albicans Introduction…
Klíčová slova
media, mediapathogenic, pathogenictracefinder, tracefindermetabolites, metabolitesalbicans, albicansculture, culturecandida, candidadiscoverer, discoverersamples, samplesaureus, aureusstaphylococcus, staphylococcuswere, wereused, usedexactive, exactivescore
Application of GC Orbitrap Mass Spectrometry for Untargeted Metabolomics of Pathogenic Microorganisms
2017|Thermo Fisher Scientific|Postery
Application of GC Orbitrap Mass Spectrometry for Untargeted Metabolomics of Pathogenic Microorganisms Weidt, Stefan1, Haggarty, Jennifer1, Kean, Ryan2, Cojocariu, Cristian I.3, Silcock, Paul J.3, Rajendran, Ranjith2, Ramage, Gordon2 & Burgess, Karl E.V.1 1Polyomics, University of Glasgow, 2Oral Sciences Research Group,…
Klíčová slova
sugar, sugaramino, aminoacid, acidphosphate, phosphateglasgow, glasgowcac, cacscc, sccmicrobiome, microbiomesciences, sciencesmonoculture, monocultureepsrc, epsrcwellcome, wellcomeuntargeted, untargetedpolyomics, polyomicscompound
Understanding synthetic biology using the Q Exactive GC Orbitrap GC-MS/MS system and high-resolution, accuratemass metabolomics library for untargeted metabolomics
2018|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE 10594 Understanding synthetic biology using the Q Exactive GC Orbitrap GC-MS/MS system and high-resolution, accuratemass metabolomics library for untargeted metabolomics Authors Cristian Cojocariu,1 Maria Vinaxia,2 Mark Dunstan,2 Adrian J. Jervis,2 Paul Silcock,1 and Nicholas J W Rattray2 Goal…
Klíčová slova
iptg, iptgmetabolomics, metabolomicsmetabolite, metabolitelibrary, libraryuntargeted, untargetedinducer, inducertracefinder, tracefindermedia, mediahram, hrammetabolic, metabolicthermo, thermodiscoverer, discovererpromotor, promotorscientific, scientifictreated
Understanding Synthetic Biology using the Q Exactive GC Orbitrap GC-MS and a High Resolution Accurate Mass Metabolomics Library for Untargeted Metabolomics
2018|Thermo Fisher Scientific|Postery
Understanding Synthetic Biology using the Q Exactive GC Orbitrap GC-MS and a High Resolution Accurate Mass Metabolomics Library for Untargeted Metabolomics Cristian Cojocariu1, Maria Vinaxia2, Mark Dunstan2, Adrian J. Jervis2, Paul Silcock1 and Nicholas J. W. Rattray2 Fisher Scientific, Runcorn,…
Klíčová slova
metabolomics, metabolomicsinducer, inducerhram, hramorbitrap, orbitrapcontributed, contributeddiscoverer, discovererlibrary, libraryuntargeted, untargetediptg, iptgexactive, exactivemetabolic, metaboliccompound, compoundscientific, scientificmetabolites, metabolitesusing