Metabolomics of Carbon-Fixing Mutants of Cyanobacteria by GC/Q-TOF
Aplikace | 2013 | Agilent TechnologiesInstrumentace
Rostoucí zájem o alternativní energetické zdroje vede k vývoji fotosyntetických mikroorganismů schopných efektivně fixovat CO2 a produkovat biopaliva. Metabolomika cyanobakterií odkrývá klíčové cesty ovlivňující růst i biosyntézu cenných produktů.
Tato studie se zaměřila na náhodnou mutagenezi modelového kmeni Synechococcus elongatus PCC7942 s cílem získat mutanty s vyšší rychlostí fixace CO2 a biologickou růstovou efektivitou. Vybrané kmeny byly dále analyzovány metodou netargetované GC/Q-TOF metabolomiky pro odhalení metabolických změn spojených s vylepšeným fenotypem.
Chromatografická dekonvoluce s nastavením ±100 ppm odhalila více skutečných složek a rozlišení koelujících metabolitů než širší okno ±0,3/–0,7 Da. Multivariantní analýza PCA potvrdila oddělené klastrování divokého typu a mutant. Volcano graf ukázal metabolity s významnými změnami (organické kyseliny, aminokyseliny, sugar-fosfáty). Semikvantitativní porovnání odhalilo rozdíly zejména v TCA cyklu (citrát, jablečná kyselina), v Kalvinově cyklu (2-fosfoglycerát, ribóza-5-fosfát) a akumulaci adenosinu naznačující metabolický bottleneck. Kg přesná kvantifikace s úzkým masovým intervalem potvrdila tyto rozdíly.
Netargetovaná GC/Q-TOF metabolomika s vysokou hmotnostní přesností ve spojení s pokročilou datovou analýzou odhaluje neočekávané cíle pro genetické inženýrství, zkracuje vývojové cykly pro optimalizaci biofuel kmenů a zajišťuje spolehlivou identifikaci a kvantifikaci metabolitů.
Popsaná netargetovaná metabolomická strategie na GC/Q-TOF s využitím přesné hmotnostní informace významně přispívá k pochopení klíčových metabolických změn v mutantních kmen�ních cyanobakteriích a nabízí cílené cesty pro inženýrské vylepšení kmenů určených k produkci biopaliv.
GC/MSD, GC/MS/MS, GC/HRMS, GC/Q-TOF
ZaměřeníPrůmysl a chemie, Metabolomika
VýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Rostoucí zájem o alternativní energetické zdroje vede k vývoji fotosyntetických mikroorganismů schopných efektivně fixovat CO2 a produkovat biopaliva. Metabolomika cyanobakterií odkrývá klíčové cesty ovlivňující růst i biosyntézu cenných produktů.
Cíle a přehled studie
Tato studie se zaměřila na náhodnou mutagenezi modelového kmeni Synechococcus elongatus PCC7942 s cílem získat mutanty s vyšší rychlostí fixace CO2 a biologickou růstovou efektivitou. Vybrané kmeny byly dále analyzovány metodou netargetované GC/Q-TOF metabolomiky pro odhalení metabolických změn spojených s vylepšeným fenotypem.
Použitá metodika a instrumentace
- Mutageneze kmenů EMS a NTG, kultivace při vysoké koncentraci CO2 a selekce rychle rostoucích izolátů
- Příprava vzorků: methanol/chloroform extrakce, methoximace (hydroxylamin HCl v pyridinu) a silylace (MSTFA/TMCS)
- Instrumentace: GC Agilent 7890B, Q-TOF Agilent 7200, kolona J&W DB-5 MS Ultra Inert
- Softwarové nástroje: MassHunter Quantitative/Qualitative Analysis, Mass Profiler Professional včetně Pathway Architect, Fiehn RTL knihovna
Hlavní výsledky a diskuse
Chromatografická dekonvoluce s nastavením ±100 ppm odhalila více skutečných složek a rozlišení koelujících metabolitů než širší okno ±0,3/–0,7 Da. Multivariantní analýza PCA potvrdila oddělené klastrování divokého typu a mutant. Volcano graf ukázal metabolity s významnými změnami (organické kyseliny, aminokyseliny, sugar-fosfáty). Semikvantitativní porovnání odhalilo rozdíly zejména v TCA cyklu (citrát, jablečná kyselina), v Kalvinově cyklu (2-fosfoglycerát, ribóza-5-fosfát) a akumulaci adenosinu naznačující metabolický bottleneck. Kg přesná kvantifikace s úzkým masovým intervalem potvrdila tyto rozdíly.
Přínosy a praktické využití metody
Netargetovaná GC/Q-TOF metabolomika s vysokou hmotnostní přesností ve spojení s pokročilou datovou analýzou odhaluje neočekávané cíle pro genetické inženýrství, zkracuje vývojové cykly pro optimalizaci biofuel kmenů a zajišťuje spolehlivou identifikaci a kvantifikaci metabolitů.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace multi-omických přístupů (genomika, transkriptomika, proteomika) a izotopové značení pro sledování metabolických toků
- Aplikace umělé inteligence a strojového učení pro automatizaci analýzy dat
- Vysokoprůchodové platformy pro screening adaptovaných kmenů a in situ metabolomika
- Rozšíření metodiky na další fotosyntetické a průmyslové mikroorganismy
Závěr
Popsaná netargetovaná metabolomická strategie na GC/Q-TOF s využitím přesné hmotnostní informace významně přispívá k pochopení klíčových metabolických změn v mutantních kmen�ních cyanobakteriích a nabízí cílené cesty pro inženýrské vylepšení kmenů určených k produkci biopaliv.
Reference
- D.N. Juurlink a I.A. Dhalla Bioengineering of carbon fixation, biofuels, and biochemicals in cyanobacteria and plants. J Biotechnol. 162, 134–147 (2012)
- G.G. Tcherkez, G.D. Farquhar a T.J. Andrews Despite slow catalysis and confused substrate specificity, all ribulose bisphosphate carboxylases may be nearly perfectly optimized. PNAS 103, 7246–7251 (2006)
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Metabolomics of Carbon Fixing Mutants of Cyanobacteria by GC/Q-TOF
2013|Agilent Technologies|Postery
Metabolomics of Carbon Fixing Mutants of Cyanobacteria by GC/Q-TOF 1Dong ASMS 2013 TP 419 hee Chung, 1Christine Rabinovitch-Deere, 2Sofia Aronova and 1Shota Atsumi 1University of California, Davis, Departments of Chemistry, Davis, CA, 2Agilent Technologies, Santa Clara, CA Overview Introduction Mutants…
Klíčová slova
mutants, mutantswild, wildacid, acidchanges, changesfixation, fixationmetabolomic, metabolomicmutagenized, mutagenizedbiosynthesis, biosynthesiscarbon, carbonsignificant, significantcyanobacteria, cyanobacteriaglucose, glucosewere, wereaccumulating, accumulatingdifferences
Metabolomics of Opiate-Induced Changes in Murine Brain by GC/Q-TOF
2013|Agilent Technologies|Aplikace
Metabolomics of Opiate-Induced Changes in Murine Brain by GC/Q-TOF Application Note Metabolomics Authors Abstract Manhong Wu, Ming Zheng, A study was performed to elucidate opiate-induced metabolic changes in murine David Clark, and Gary Peltz brain. The EI MS, EI MS/MS,…
Klíčová slova
morphine, morphinemetabolomics, metabolomicsmass, massaxis, axisopiate, opiatecharge, chargecounts, countsmurine, murinecorrelator, correlatormsc, mscfold, foldformula, formulausing, usinghydroxyglutaric, hydroxyglutaricempirical
Metabolomic differential analysis of gene-mutated Drosophila using LC/MS and GC/MS
2023|Shimadzu|Aplikace
LC-MS LCMS-8060NX GC-MS GCMS-TQ™8040 NX Application News Metabolomic differential analysis of gene-mutated Drosophila using LC/MS and GC/MS Dr. M. Miura*1, Dr. S. Kashio*1, E. Shimbo*2, Y. Yamada*2, Y. Nakagawa*2 *1 Genetics laboratory, Tokyo University, *2 Shimadzu Corporation User Benefits …
Klíčová slova
wild, wildmutant, mutantdrosophila, drosophilamutated, mutatedomics, omicsgenetically, geneticallyprincipal, principalmutations, mutationsanalysis, analysiscomponent, componentpackage, packagemulti, multidominant, dominantgenetic, geneticmetabolites
Multi-omics Analysis Using Next-Generation Sequencer and Mass Spectrometer in Longevity Research
2024|Shimadzu|Aplikace
Application Note No. Multi-omics Analysis Using Next-Generation Sequencer and Mass Spectrometer in Longevity Research 98 Yuki Nakagawa1, Tsubasa Ibushi2, Kosuke Kasadera3, Soshiro Kashio4 Life Science Life Science Abstract 1. Introduction Using a next-generation sequencer (GridION, Oxford Nanopore Technologies) and…
Klíčová slova
omics, omicslived, livedrna, rnametabolic, metabolicmetabolites, metabolitesanalysis, analysisdna, dnadrosophila, drosophilavermillion, vermillionvariables, variableswild, wildmulti, multigene, genelong, longlongevity