Core Unit Metabolomics (ab voraussichtlich 1.10.2021)

Core Unit Metabolomics

Metabolomics ist neben Genomics, Transkriptomics und Proteomics eine der „omics“ Disziplinen, welche zur Beschreibung von biologischen Systemen genutzt werden. Die noch relativ junge Forschungsrichtung profitiert von den technischen Entwicklung auf dem Gebiet der Massenspektrometrie, vor allem im Bezug auf hochauflösende Massenspektrometer, und erlebte einen starken Aufschwung seit 2005.

Im Gegensatz zu den anderen drei Forschungsrichtungen, zielt Metabolomics auf die analytische Erfassung der Gesamtheit aller niedermolekularen Stoffwechselverbindungen in einem biologischen System. Die untersuchte biologische Matrix kann hierbei je nach Fragestellung stark variieren (Urin, Plasma, Zelllysate, Gewebe, etc.).

Ein Ziel der Metabolomicsforschung ist es den metabolischen Status eines Systems festzustellen und Veränderungen auf diesem Level mit pathologischen Veränderungen in Verbindung zu bringen. Dies wird oftmals durch eine vergleichende Analyse (z.B. gesund vs krank) erreicht und ist besonders für Krankheitsforschung interessant. Das bessere Verständnis von Krankheiten und deren Manifestation auf niedermolekularem metabolomischem Level eröffnet hierbei neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Krankheitsmodellen und neuen Arzneimitteln.

Metabolomics kann in untargeted und targeted Metabolomics unterteilt werden. Während man bei untargeted eine Probe hinsichtlich aller erfassbaren Metaboliten analysiert und semi-quantitative Informationen erhält, werden im targeted Mode gezielt bestimmte endogene Substanzen analysiert und quantifiziert.

Für untargeted Metabolomics-Analysen steht dem Lehrstuhl ein vor einem Jahr über einen DFG-Antrag erworbenes QExactive Focus Massenspektrometer zur Verfügung. Die targeted Analysen werden an zwei Triple-Quadrupol-MS (API 4000 und Quattro Premier XE) durchgeführt.

Bei Interesse an einer Kollaboration mit der Core Unit Metabolomics der Medizinischen Fakultät können Sie gerne entweder Herrn Dr. Gessner und/oder Frau Dr. Taudte kontaktieren (AG Gessner / AG Taudte). Infomaterialien bezüglich Anfragen für Analysen, Probenvorbereitung und Probenversand finden Sie hier:

In einem untargeted Metabolomics Workflow werden nicht gezielt einzelne Substanzen in einer Probe quantifiziert, sondern quantitative und qualitative Unterschiede in der Gesamtheit der Metaboliten zwischen zwei Gruppen identifiziert. Zu diesem Zweck werden Proben aus verschiedenen Gruppen (z.B. Plasmaproben von wild type und knock-out Mäusen) über einen großen Massenbereich gescannt und Unterschiede in den Metaboliten mithilfe einer Software (Compound Discoverer, Thermo Fisher) erfasst und statistisch bewertet. Je nach Fragestellung können diese Unterscheide Hinweise auf z.B. neue Biomarker liefern. Da zur Identifizierung eine hohe Massenauflösung vorteilhaft ist, werden unsere untargeted Metabolomics-Analysen an einem Orbitrap-MS (QExactive Focus), welche 2018 über einen DFG-Großgeräteantrag erworben wurde, durchgeführt.

Zur Zeit arbeitet die Massenspektrometrie-Einheit an verschiedenen Projekten in der Krankheitsforschung sowie an der Entdeckung neuer endogener Substrate oder Inhibitoren von Transportproteinen.

 

Bei „targeted metabolomics“ Untersuchungen werden niedermolekulare Substanzen in einer biologischen Matrix quantifiziert. Pro Analyse wird eine ausgewählte Anzahl an Stoffen erfasst, deren absolute Konzentration bestimmt wird. Die Konzentration dieser Stoffe lässt sich somit über verschiedene Studien hinweg vergleichen, so dass beispielsweise die Eignung von Biomarkern für bestimmte Erkrankungen validiert werden kann.

Dank hochsensitiver LC-MS/MS-Methodik können Substanzen bis in den nanomolaren Konzentrationsbereich sicher quantifiziert werden. Bei der Methodenentwicklung wird auf eine Anwendbarkeit für eine hohe Anzahl an Proben pro Studie, bei möglichst geringem, benötigtem Probenvolumen Wert gelegt. Eine Validierung der Messmethode erfolgt nach international üblichen Richtlinien.

Kürzlich entwickelte Methoden am Lehrstuhl für Klinische Pharmakologie und Klinische Toxikologie legen ihren Fokus auf die Analyse von Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen (z.B. Trimethylamin-N-Oxid) oder endogenen Substraten für Transportproteine (z.B. 1-Methylnicotinamid). Die untersuchten Matrices umfassen u.a. Plasma, Urin oder Lysate von Zellmodellen.

 

 

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