Application of GC Orbitrap Mass Spectrometry for Untargeted Metabolomics of Pathogenic Microorganisms

Význam tématu

Infekce způsobené současnou přítomností Candida albicans a Staphylococcus aureus představují vážné klinické riziko s vysokou mírou mortality. Interakce těchto patogenů v biofilmech zvyšuje rezistenci vůči antimykotikům i antibiotikům a komplikuje léčbu. Metabolomické analýzy umožňují odhalit molekulární mechanismy této synergické virulence.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl využít vysoce přesnou GC-Orbitrap hmotnostní spektrometrii k nestrukturované (untargeted) analýze metabolomů mono- a kobiofilmů C. albicans a S. aureus a příslušného kultivačního média, identifikovat klíčové metabolity a porozumět interkingdom metabolickým interakcím.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky biofilmů (mono- a ko-kultury) a média byly vysušeny, derivatizovány methoxymací a trimethylsilylací a analyzovány na systému Thermo Scientific Q Exactive GC Orbitrap GC-MS. Rozbor dat proběhl v software Compound Discoverer pro zarovnání a statistiku a TraceFinder pro identifikaci pomocí autentických standardů a EI knihoven.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza odhalila přibližně 465 metabolitů v médiu a 405 v buňkách, přičemž PCA zřetelně oddělila ko-kultury od mono-kultur v prvních dvou hlavních komponentách. U ko-kultur došlo k posílení toku pentózo-fosfátové dráhy, významnému odběru glukózy a fruktózy a spotřebě myristové kyseliny. Ze skupiny 22 nově detekovaných sloučenin byly validovány pyroglutamát, myristová kyselina a několik sugar phosphates. Trehalóza byla nalezena pouze v médiu s C. albicans.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda poskytuje vysokou chromatografickou a hmotnostní rozlišitelnost, umožňuje rozlišení izomerů, kombinuje untargeted a targeted workflow a podporuje pozdější re-interpretaci dat. Nabízí robustní nástroj pro komplexní studium mikrobiálních interakcí a screening biologicky aktivních metabolitů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Směr budoucího výzkumu zahrnuje rozšíření accurate mass databází, integraci s dalšími “-omics” přístupy, cílené modulování enzymů pentózo-fosfátové dráhy a aplikaci v mikrobiomu-myko biotopu lidského zdraví.

Závěr

GC-Orbitrap MS se ukazuje jako efektivní a spolehlivá technika pro nestrukturované metabolomické studie patogenních biofilmů, nabízející vysokou přesnost a hluboký vhled do mezidruhových metabolických interakcí.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific Q Exactive GC Orbitrap GC-MS/MS
• Derivatizace: methoxymace a trimethylsilylace
• Software: Compound Discoverer, TraceFinder

Reference

• Stipetić LH a kol. Metabolomics 12.4 (2016): 1-11.
• Stipetić LH a kol. Genome Announcements 3.2 (2015): e00336-15.
• Weidt S. a kol. Metabolomics 12 (2016): 189. doi:10.1007/s11306-016-1134-2.