Hochdurchsatz‐Metabolomik mit 1D‐NMR

Abstract

Metabolomik befasst sich mit der Gesamtheit aller Metabolite, dem Metabolom. Als eine der “Omics”‐Wissenschaften hat sie Querbeziehungen zur Biologie, Physiologie, Pathologie und Medizin; andererseits sind Metabolite chemische Verbindungen, kleine organische Moleküle oder anorganische Ionen. Ihre korrekte Identifizierung und Quantifizierung in komplexen biologischen Matrizen erfordert daher eine solide chemische Grundlage. Im Vergleich beispielsweise zu DNA unterliegen Metabolite sehr viel stärker der Oxidation oder dem enzymatischen Abbau: Wir können große Teile eines Mammut‐Genoms aus einer kleinen Probe rekonstruieren, sind aber nicht in der Lage, dasselbe mit seinem Metabolom zu tun, das innerhalb weniger Stunden nach dem Tod des Tieres wahrscheinlich weitgehend abgebaut war. Erforderlich sind daher Standardverfahren, gute chemische Fertigkeiten der Probenvorbereitung für die Lagerung und anschließende Analyse, genaue analytische Protokolle, eine umfangreiche Kenntnis der Chemometrie, erweiterte statistische Verfahren und fundiertes Wissen über mindestens eine der beiden Metabolomik‐typischen Verfahren, MS oder NMR. All diese Fertigkeiten besitzen traditionell die Chemiker. Entsprechend betrachten wir die Metabolomik aus chemischer Perspektive und beschränken uns auf NMR. Der Analytiker findet Argumente für und gegen NMR, jedoch bietet das Verfahren eine besondere ganzheitliche Perspektive, die für künftige Anwendungen als eine bevölkerungsweite Screeningtechnik für Reihenuntersuchungen sprechen.

Fast and Quantitative NMR Metabolite Analysis Afforded by a Paramagnetic Co‐Solute

“…In these studies, 1 H NMR spectra are used to identify and quantify small molecules in biological liquids, such as urine and blood . Standard operating procedures (SOPs) that have been developed by collaborating metabolomics laboratories, for example, stipulate a recovery delay, d1, equal to 4 seconds, and a signal acquisition time, aq, of 2.7 seconds. In this scenario, most of the time (d1) is lost by the spectrometer sitting idle, waiting for the recovery of spin magnetization.…”

Untargeted Tumor Metabolomics with Liquid Chromatography–Surface‐Enhanced Raman Spectroscopy

“…The current state‐of‐the art technologies in metabolomics are nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and mass spectrometry (MS) . NMR benefits from its superb deconvolution power that allows universal identification and quantification of individual metabolites in their native states.…”

Metabolomics-driven strain improvement: A mini review

“…To this end, the role of metabolomics is to investigate whether the designed system results in a desired production phenotype. Metabolomics allows for the simultaneous monitoring of not only the end product but also the important intermediates along the way (Vignoli et al, 2019). This allows for the accurate pinpointing of the rate-limiting steps or bottlenecks in the bioproduction line, which gives clues on how to further optimize bioproductivity (Hollywood et al, 2018).…”