Оксфордские учёные разработали инновационный метод анализа метаболитов

Аспирантка Рэйчел Уильямс. Фото: Isabelle Legge

Исследователи из группы Маккаллага в химическом факультете Оксфордского университета опубликовали в Nature Protocols инновационный метод, обеспечивающий комплексный анализ метаболитов, содержащихся в клетках, тканях и биологических жидкостях.

Новый метод представляет собой значительный прорыв в возможностях анализа высокополярных и ионных метаболитов. Инновация заключается в использовании анионообменной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией (AEC-MS) для решения давней задачи улучшения крупномасштабного анализа высокополярных и ионных метаболитов, которые управляют первичными метаболическими путями и процессами в клетках.

Ионообменная хроматография использовалась поколениями химиков с 1970-х годов, но исторически её было очень сложно напрямую сочетать с масс-спектрометрией, в отличие от других типов хроматографии. Новый метод использует электролитическое подавление ионов для соединения высокопроизводительной системы ионообменной хроматографии непосредственно с масс-спектрометрией, что улучшает молекулярную специфичность и селективность.

Это привело к новым применениям, которые недавно были рассмотрены группой Маккаллага. Новый метод предназначен для метаболомических приложений, связанных с крупномасштабным анализом метаболитов в биологических образцах.

Рэйчел Уильямс, аспирант группы Маккаллага, чьи исследования сосредоточены на разработке ионообменной хроматографии-масс-спектрометрии, заявила:

Ионообменная хроматография предлагает механизм удержания и элюции, который является новым для метаболомики и оказывается мощным решением давних аналитических проблем в этой области.

Ионообменный хроматограф - масс-спектрометр. Фото: Isabelle Legge

Профессор Джеймс Маккаллаг с IC-MS. Фото: Isabelle Legge

Ионообменный хроматограф - масс-спектрометр. Фото: Isabelle Legge

Метаболомика является одной из нескольких «омиксных» технологий, которые включают геномику и протеомику, предлагая мощный комбинаторный подход к комплексному анализу молекулярных систем в клетках, тканях и целых организмах. Изменения уровней метаболитов являются чувствительными биомаркерами для конкретных заболеваний, диет, состояний питания, методов лечения и химических воздействий. Метаболомика предоставляет инструмент для обнаружения этих молекулярных изменений. Она может применяться к исследовательским вопросам во многих дисциплинах, включая биологическую химию, молекулярную биологию, молекулярную медицину, фармакологию и экологическую науку.

Новый протокол AEC-MS использовался в нескольких исследованиях, включая сотрудничество с Институтом Кеннеди в Оксфорде, для изучения того, как микробиом кишечника использует энергетические субстраты. Это привело к открытию, что продукт энергетического субстрата, производимого микробиомом, бутират, обнаруживается в кровотоке и может помочь укрепить иммунный ответ хозяина.

В другом исследовании метод использовался для изучения метаболизма в диабетических β-клетках поджелудочной железы. Исследователи обнаружили, что активность GAPDH и PDH (ферментов, участвующих в производстве АТФ из глюкозы) ингибировалась при повышении уровня глюкозы, что приводило к накоплению промежуточных продуктов выше по течению, которые вызывали изменения в экспрессии генов, включая нарушение секреции инсулина и накопление гликогена.

Профессор Джеймс Маккаллаг (химический факультет Оксфордского университета), руководивший проектом, сказал:

Разработка нового метаболомического протокола очень захватывающая. Она расширяет возможности существующих приложений, но также позволяет нам исследовать и разрабатывать новые приложения. В нашей лаборатории мы сейчас применяем протокол в нескольких областях исследований, включая изучение метаболизма микробиома кишечника, того, как устойчивость к антимикробным препаратам влияет на метаболизм бактерий, и в открытии биомаркеров для раннего обнаружения рака.

Больше информации: Metabolomics using anion-exchange chromatography mass spectrometry for the analysis of cells, tissues and biofluids, Nature Protocols (2025). DOI: 10.1038/s41596-025-01222-z

Источник: University of Oxford