Metabolomic differential analysis of gene-mutated Drosophila using LC/MS and GC/MS

Význam tématu

Genetické mutace ovlivňují metabolický profil organismů a jejich analýza je klíčová pro pochopení vlivu genové modifikace na biochemické dráhy. Kombinace kapalinové a plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií umožňuje široké spektrum detekovaných metabolitů a jejich kvantitativní srovnání mezi geneticky modifikovanými a kontrolními sazbami.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo identifikovat a vizualizovat rozdíly v metabolických profilech divokého typu Drosophila melanogaster a varianty s indukovanou mutací žlutého genu. Pro získání komplexních dat byly využity analýzy LC/MS a GC/MS a následná integrovaná interpretace pomocí specializovaného softwaru.

Použitá metodika a instrumentace

Pro experiment bylo zpracováno 100 švábovitých mušek, rozdělených na 10 vzorků divokého typu a 10 vzorků geneticky mutovaných (po 5 kusech v jednom vzorku). Vzorky byly homogenizovány a připraveny podle pokynů Metabolomics Pretreatment Handbook.
Analytická měření:

• LC/MS: Shimadzu LCMS-8060NX v režimu primárních metabolitů
• GC/MS: Shimadzu GCMS-TQ 8040 NX
• Softwarová analýza: Multi-omics Analysis Package – PCA, volcano plot, box plot, projekce na metabolické mapy

Hlavní výsledky a diskuse

PCA rozklad odhalil dvě jasné klastrové skupiny odpovídající divokému a mutantnímu typu, kdy PC1 a PC2 společně vysvětlily 47,3 % variability. Loading plot poukázal na vyšší obsah kyseliny kynurenové, vitamínu B12 a methionin sulfoxidu u divokého typu, zatímco mutantní typ vykazoval zvýšené hladiny citrulinu, prolinu, karnitinu a vybraných kyselin (jako jablečná a asparagová).
Volcano plot potvrzuje tyto rozdíly a box plot vizualizoval exkluzivní detekci kynureninu u kontrolních vzorků.
Integrovaná analýza LC/MS a GC/MS na metabolické mapě prokázala, že celá dráha od tryptofanu po kynurenovou kyselinu je aktivní pouze u divokého typu.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost komplexního zobrazení a kvantifikace stovek metabolitů v jednom experimentu
• Intuitivní vizualizace dat usnadňuje interpretaci biochemických změn způsobených genovými úpravami
• Integrace LC/MS a GC/MS zvyšuje pokrytí metabolomu a přesnost výsledků

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj softwarových nástrojů pro vícefaktorovou analýzu (multi-omics) poroste a umožní spojení s genomickými či proteomickými daty. Dále se očekává širší automatizace přípravy vzorků a rozšíření metabolomických databází pro rychlejší identifikaci neznámých sloučenin.

Závěr

Studie prokázala efektivitu kombinovaného použití LC/MS a GC/MS v analýze metabolických změn vyvolaných genetickou mutací u Drosophila. Multi-omics Analysis Package umožnil přehlednou a objektivní vizualizaci klíčových metabolitů a jejich biochemických drah, což významně usnadňuje interpretaci a srovnání experimentálních dat.

Reference

• (1) What is genetic disease plus, genetic mutation? How does it happen? Genetics Laboratory Tutorial, genetika.qlife.jp, přístup 20. června 2022
• (2) Shimadzu Corporation, Metabolomics Pretreatment Handbook, přístup 9. června 2022