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4D-代谢组学时代 ——更准确的代谢物鉴定

来源: 阅读数:133 时间:2021-06-25 15:08:55


  • 新型VIP-HESI离子源将4D-代谢组学、4D-脂质组学和小分子定量筛选工作流程的灵敏度提高了10倍以上;

  • 数据库全新发布包含CCS值的代谢物数据库METLIN-4D;

  • 数据处理软件集成了代谢物CCS值预测功能CCS-Predict Pro;

  • 新款代谢组学软件MetaboScape 2022和TASQ 2022,支持引入CCS值信息的4D-代谢物鉴定流程,支持4D-脂质组学专用鉴定方法,减少脂质假阳性识别。

    美国马萨诸塞州比尔里卡 ——2021年6月21日,布鲁克在其全球4D-Metabolomics™ eXceed 网络研讨会上发布了全新VIP-HESI离子源、TIMS CCS数据库——METLIN-4D、CCS-Predict Pro软件和MetaboScape 2022软件。

    VIP-HESI离子源可以显著提高检测灵敏度。软件方面,提供新的集成软件工具CCS-Predict Pro,以增加4D-代谢组学和4D-脂质组学工作流程的数据可靠性。

    可加热的VIP-HESI离子源可以发挥去溶剂作用,使灵敏度提高16倍,从而可以在所有小分子检测中实现全新应用。VIP-HESI源可以连接到timsTOF Pro 2平台,同时提高4D-代谢组学和4D-脂质组学的检测灵敏度。它还可以与布鲁克高性能的impact II QTOF MS系统兼容,以改进食品、环境、法医和制药应用中农药、药物和药物代谢物的定量分析,更高的灵敏度可检测低浓度污染物。





                                                   图:装载VIP-HESI离子源的timsTOF Pro 2质谱仪

布鲁克的合作伙伴们使用碰撞截面积值(CCS)在4D-代谢组学方面取得了重大进展。其中,代谢组学METLIN数据库的创建者——美国Scripps研究所的Gary Siuzdak教授,使用TIMS/PASEF方法采集的准确的CCS值创建了METLIN-4D数据库。METLIN数据库是世界上最大的代谢组学数据库,包含超过50万种化合物的质谱谱图。随着METLIN-4D数据库的加入,timsTOF Pro系统上测量的CCS值将MS/MS谱图一块,用于代谢物鉴定,增加检测结果的可信度。这些CCS值将在所有timsTOF系列仪器上通用,以通过减少歧义来增加可信度,进而减少代谢物的错误鉴定。

布鲁克还介绍了CCS-Predict Pro软件,这是一款预测小分子代谢物CCS值的算法工具。CCS-Predict Pro为未知化合物提供了基于大规模CCS值的生物信息学数据。CCS-Predict Pro使用机器学习来识别代谢物可能的结构,包括暴露组学和药物代谢物分析。

所有4D-代谢物分析流程都可在更新的MetaboScape 2022软件中运行,该软件继续支持 CCS的工作流程。MetaboScape 2022 中包含4D-Lipidomics的进一步进展,以提供易于使用的脂质组学。MetaboScape 2022使用新方法显示了潜在的假阳性鉴定结果,其中CCS值和保留时间决定了基于MS/MS碎片化结果的鉴定是否符合脂质结构。这种采用正交脂质特征的方法可以提高结果的准确性,并可以更快地验证潜在的脂质生物标志物。

布鲁克还宣布将CCS值纳入TASQ 2022中,以便通过布鲁克TargetScreener定量工作流程对食品和环境样品中的污染物进行更准确的识别。这些工具的结合使得4D-脂质组学和4D-代谢组学在生物学和分子水平上研究更为便利,为研究人员提供更完整更全面的数据。

VIP-HESI离子源
真空绝缘探头-可加热ESI源是一个集成APCI探头的双离子源。VIP-HESI离子源与timsTOF系统和impact II兼容,适用于µL/min至mL/min流速范围。在正离子模式和负离子模式下,HESI和APCI模式都能显著提高灵敏度。例如在毛发分析中,VIP-HESI离子源将滥用药物的检测敏感度提高16倍,这允许检测人员使用更短的头发样本来创建更详细的药物使用时间表
 图:VIP-HESI离子源
另一个灵敏度提高超过10倍的应用案例是在环境和食品分析领域,灵敏度的提高可以简化样品制备过程或让新兴、低浓度污染物(如PFAS类分子)的早期检测成为可能。在timsTOF系统上使用VIP-HESI还允许在相似的保留时间内洗脱异构体,并通过CCS分离实现单独定量分析。这种强力的结合使暴露组学的研究人员能够更详细地阐明影响人类健康的暴露化合物。
最后,在负离子模式下,血浆中脂质的检测灵敏度获得了5倍提升,这让4D-脂质组学中识别出更多的独特脂质,得到更多的生物学信息。

全球最大的TIMS CCS数据库 —— METLIN-4D

测量CCS值是整合小分子4D工作流程最可靠方法。METLIN-4D CCS数据库是第一个测量超过10000种参考化合物的CCS数据库,它可以大大提高小分子和化合物鉴定的准确率。布鲁克的timsTOF平台可以用正、负模式测量参比化合物的所有CCS值。这些数据可与布鲁克MetaoBASE Personal Library 3.0链接,其中包含METLIN化合物库中100000种化合物的质谱谱图库,提高了MetaboScape2022中化合物注释的数据可靠性。
美国加州的Scripps研究所代谢组学和质谱学中心主任Gary Siuzdak教授表示:“CCS值为分子添加了一个正交标识符。在timsTOF平台上可以’免费’获取所有分析化合物的CCS值。我们可以使用这些CCS值来提高对使用新 METLIN-4D库的广泛化合物进行注释的信心。我们已经将测量得到的10000个化合物CCS值收录在数据库中,并继续不断地扩大。”
CCS-Predict Pro软件和MetaboScape 2022

MetaboScape 2022是布鲁克针对代谢组学和脂质组学CCS值的一体化软件解决方案的最新版本,同时使用了最新的脂质标记建议。4D Kendrick质量缺陷分析与基于使用动态交叉验证的回归模型自动异常值检测相辅相成。基于数据库规则的注释工具进行注释的脂质将由根据3D超平面模型计算的预测CCS值自动评级。


图:3D超平面模型计算用于预测脂质的CCS值
布鲁克代谢组学和脂质组学业务部门经理Lucy Woods博士评论道:“我们的4D-脂质组学工作流程利用CCS预测和Kendrick质量缺陷分析,减少了脂质注释的模糊性,这些功能使任何实验室都可以轻松地分析4D脂质体。”
对于其他小分子结构,CCS-Predict Pro软件预测的CCS值可以帮助注释并减少潜在的候选化合物数量。
上海有机化学研究所代谢组学研究中心主任朱正江教授认为,作为在CCS预测方面使用机器学习的开拓者之一,随着CCS值预测方法的出现,充分利用CCS值来进行未知化合物的注释将成为一种趋势。这将为非靶向代谢组学和脂质组学研究带来新的突破。
朱正江教授现在正在使用timsTOF Pro平台持续构建机器学习方法的训练库。朱正江教授表示:“timsTOF Pro是一个多功能平台,用户可以在一个平台上完成所有应用程序,仪器设计超过了市场上任何其他产品。”