An Untargeted Exposure Study of Small Isolated Populations Using Atmospheric Gas Chromatography Coupled with High Resolution Mass Spectrometry

Význam tématu

Studium expozice environmentálním kontaminantům pomocí necíleného přístupu (exposomika) umožňuje odhalit široké spektrum látek, které mohou ovlivňovat zdravotní stav izolovaných populací. Identifikace a kvantifikace perzistentních organických polutantů (POPs) a dalších potencionálně rizikových sloučenin je nezbytná pro řízení environmentálního rizika a ochraně veřejného zdraví.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat spektrální profily kontaminantů ve směsných plazmatických vzorcích jednotlivých malých izolovaných pobřežních komunit. Vzorky byly analyzovány metodou APGC-HRMS v režimu data independent acquisition (MSE), což umožnilo získat zároveň nízkoenergetické a vysoceenergetické spektrum ve single-run režimu. Data byla vyhodnocena v Progenesis QI s cílem provést cílenou i necílenou expozomickou analýzu.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky plazmy (2 mL) byly obohaceny o izotopový standard, denaturovány ethanolem a extrahovány hexanem. Koncentrované extrakty byly čištěny na florisilovém sloupci a připraveny pro GC-MS analýzu.

• GC: Agilent 7890, kolona Restek Rtx-5MS (0,25 mm × 30 m, 0,25 µm); splitless injekce, program teploty 80 °C → 125 °C → 340 °C, průtok 2 mL/min.
• MS: Waters Xevo G2-XS QTof s APGC (API+), MSE režim, rozsah 50–1000 m/z, nízkoenergetické CE 6 eV, vysoceenergetické CE 30–75 eV, zdroj 150 °C, rozhraní 310 °C.
• Software: UNIFI pro sběr dat, Progenesis QI pro cílenou a necílenou analýzu, multivariantní analýzu, PCA a OPLS-DA; ChemSpider databáze pro in silico fragmentaci; EZinfo pro statistiku.

Hlavní výsledky a diskuse

Cílená analýza MetaScope databáze 98 očekávaných POPs detekovala 24 sloučenin, z nichž 11 vykazovalo >2× rozdíl mezi komunitami, hlavně v populaci 1 (např. PCB 118, PCB 180, hexachlorobenzen). Necílená analýza PCA prokázala jasné oddělení pěti komunit. OPLS-DA a S-plot identifikovaly 17 významných markerů. Databázové vyhledávání v ChemSpideru potvrdilo přítomnost tocopherolu (vitamin E) a 1,3-benzothiazolu, a dále příbuzných thiazolových derivátů (4-fenyl-2-propyl-1,3-thiazol). Identifikace benzothiazolů naznačuje možnou kontaminaci prostředí či expozici prostřednictvím balení potravin. Potvrzení 1,3-benzothiazolu bylo provedeno standardem.

Přínosy a praktické využití metody

• Integrovaná necílená a cílená expozomika v jediném běhu GC-MS.
• „Soft“ ionizace APGC minimalizuje nadměrnou fragmentaci, zatímco MSE poskytuje detailní strukturální informace.
• Progenesis QI zrychluje statistické zpracování, usnadňuje identifikaci neznámých markerů a prolinkování se širšími databázemi.
• Užitečné pro environmentální monitorování, toxikologii a epidemiologii v odlehlých populacích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další kroky zahrnují rozšíření knihoven neznámých látek, integraci multi-omických dat (metabolomika, proteomika), využití izotopových standardů pro kvantifikaci a nasazení real-time monitorovacích systémů pro kontinuální hodnocení expozice. Možnosti se otevírají i ve vývoji miniaturizovaných APGC jednotek pro field-based analýzy.

Závěr

Studie prokázala schopnost kombinovat APGC-HRMS v MSE režimu s pokročilou softwarovou platformou pro rychlou a komplexní expozomickou analýzu. Tento přístup umožňuje efektivní detekci a identifikaci známých i dosud neznámých kontaminantů v komplexních biologických maticích a je perspektivní pro environmentální a toxikologický výzkum.

Reference

• Waters White Paper. Atmospheric Pressure GC (APGC), Part no. 720004771EN, 2013.
• Burdick GE, Harris EJ, Dean HJ et al. The Accumulation of DDT in Lake Trout and the Effect on Reproduction. Trans Am Fish Soc. 93(2): 1964.
• Piironen V et al. Tocopherols and Tocotrienols in Finnish Foods: Vegetables, Fruits, and Berries. J Agric Food Chem. 34(1): 742–746, 1986.
• Asimakopoulos AG et al. Benzotriazoles and benzothiazoles in human urine from several countries: A perspective on occurrence, biotransformation and human exposure. Environ Int. 59: 2013.