Shimadzu Selection Guide Metabolite Analysis - Metabolomics Product Portfolio

Význam tématu

Metabolomika umožňuje komplexní detekci a kvantifikaci nízkomolekulárních látek vznikajících v organismu v průběhu biologických pochodů. Změny v koncentracích metabolitů odrážejí fyziologické či patologické stavy, což je využíváno v medicíně (biomarkery, podpora objevování léčiv), potravinářství (optimalizace chuti a kvality) i biotechnologiích (zvyšování výtěžnosti fermentací, výroba biopaliv). Shimadzu poskytuje integrovaná řešení od alelytické instrumentace přes databáze až po pokročilý softwarový průzkum dat, podporující kvantitativní i neskupinovou („non-target“) analýzu a multi-omics přístupy.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje portfolio produktů a metodologií Shimadzu pro různé přístupy v metabolomice:

• Wide-target kvantitativní metabolomika kombinující triple-quad LC-MS/MS a GC-MS/MS s databázemi primárních metabolitů.
• Non-target/target analýza na Q-TOF LC-MS pro odhalení neočekávaných metabolitů a jejich kvantitativní změny.
• Imaging metabolomika umožňující zobrazit prostorové rozložení molekul ve tkáních pomocí MALDI-MS mikroskopie.
• Profilování lipidů a fosfolipidů, analýza krátkých mastných kyselin, žlučových kyselin a D/L aminokyselin.
• Softwarové nástroje pro efektivní zpracování a vizualizaci velkých objemů MRM i HR-MS dat.

Použitá metodika a instrumentace

Shimadzu řešení zahrnují:

• LC-MS/MS trojitý kvadrupól (modely LCMS-8060, LCMS-8060 NX) a GC-MS/MS (GCMS-TQ8050 NX) pro rychlou MRM kvantifikaci až stovek sloučenin.
• Q-TOF LCMS-9030 pro vysoce přesnou non-target analýzu HR-MS dat.
• Mikroskopická MALDI imaging s přístrojem iMScope TRIO pro mapování distribuce metabolitů ve tkáních.
• Databáze Smart Metabolites, LC/MS/MS Method Packages (primární metabolity, lipid mediátory, fosfolipidy, aminokyseliny, žlučové kyseliny, krátké mastné kyseliny, buněčné kultury).
• Softwarové nástroje: Traverse MS pro rychlé MRM zpracování, Signpost MS pro multivariační non-target analýzu, LabSolutions Insight pro hromadnou kvantifikaci, Multi-omics Analysis Package (GARUDA platforma) pro mapování a korelace multi-omics dat.
• Pokročilé technologie: AI-založené parameter-free peak picking, DPiMS-8060 pro přímou mikrosamplingovou ionizaci, Nexera UC SFE/UHPLC systém.

Hlavní výsledky a diskuse

• Wide-target kvantifikace až 475 primárních metabolitů (cukry, aminokyseliny, organické kyseliny) s časem analýzy pod 20 min. a vysokou reprodukovatelností.
• GC-MS/MS Smart Metabolites Database umožnila simultánní MRM analýzu 475 látek a vývoj prediktivních modelů (např. hořkost kávy).
• Q-TOF LC/MS non-target workflow detekoval neočekávané n-formylkynureninové intermediáty v kultivačním médiu kmenů kmenových buněk.
• Imaging metabolomika ukázala akumulaci strictininu ve tkáni ledvin a distribuci pesticidu imidaclopridu v pletivech rostlin.
• Lipid mediátor profiling (214 sloučenin) odhalil změny eikosanoidní kaskády v mozku, játrech a slezině myší.
• Fosfolipidová knihovna (867 komponent) umožnila analýzu PUFA-obsahujících PC v různých tkáních a kvantifikaci izomerů s high-speed polarity switching.
• Chirální LC-MS/MS analýza D/L aminokyselin bez derivatizace identifikovala produkci D-aminokyselin střevní mikroflórou.
• Softwary Traverse MS a LabSolutions Insight dramaticky zkrátily čas zpracování MRM dat, Multi-omics Package automatizoval vizualizaci a statistiku multi-omics dat.

Přínosy a praktické využití metody

Vysoce citlivé, rychlé a robustní workflow umožňují:

• Rychlé screenování metabolitů v biomedicínské aplikaci (biomarkery, toxicita).
• Optimalizaci potravinářských procesů, hodnocení kvality potravin a vývoj funkčních potravin.
• Zvýšení efektivity fermentačních procesů a bioprodukce (enzymová regulace, složení média).
• Mapování distribuce bioaktivních látek ve tkáních a rostlinách pro fyziologický výzkum a zemědělské aplikace.
• Integrované multi-omics přístupy poskytují komplexní pohled na biologický systém a podporují bioinženýrství i personalizovanou medicínu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozvoj AI-řízené analýzy dat a modelování metabolomů v reálném čase.
• Integrace SFE-UHPLC-MS a ambientních ionizačních technik pro přímou analýzu složitých vzorků.
• Cloudové platformy pro sdílení a standardizaci multi-omics dat mezi laboratořemi.
• Pokročilé imaging-MS aplikace v preklinickém výzkumu a patologii.
• Personalizované metabolomické profily pro diagnostiku a sledování terapie.

Závěr

Shimadzu nabízí ucelená řešení pro metabolomiku od vysoce výkonné instrumentace přes „ready-to-use“ metodické databáze až po pokročilé softwarové nástroje. Kombinace různých technologických přístupů (targeted, non-targeted, imaging, multi-omics) umožňuje efektivní a flexibilní analýzu metabolitů v biomedicíně, potravinářství i průmyslové biotechnologii.

Reference

• Pretreatment Procedure Handbook for Metabolites Analysis (C146-E323)
• GC-MS Data Sheet No. 104 (LAAN-J-MS-E104)
• Technical Report (C146-E315, C146-E243)
• Phenomenex EZ:faast product literature