Липидомиката - новата звезда в небето "OMICS" - нов технологичен подход към цялостното

Нов технологичен подход към изчерпателното описание на пълните липидни профили

Преди всичко технологичният и аналитичен напредък авансират изследванията. В биомедицинската област това се отнася по-специално за областта на изследванията на липидите, която от десетилетия е затруднена от липсата на подходящи аналитични методи за изследване на огромната сложност на липидите в човешкото тяло. Сега започва ерата на липидомиката, която се отнася до общите липиди в биологична проба. Той има различни приложения в фундаменталните изследвания, биотехнологиите и биомедицината (текущото състояние е показано в статиите за становище по липидомика [1]).

Мазнините ни нараняват. Наистина?

Нашата мозъчна маса също се състои от около 50% липиди, което ни дава възможност да мислим - надяваме се и за значението на този клас биомолекули!

Какво представляват липидите?

Липидите се определят от тяхната хидрофобност, т.е. те са разтворими в органични разтворители и неразтворими във вода. Това доста неясно определение обаче предполага някои технически предизвикателства за липидния анализ. Много основни липиди не се извличат лесно от органични разтворители, а някои от липидните междинни продукти са дори разтворими във вода.

небето

Фиг. 1 Липидите са много хетерогенен клас молекули. Малък избор: Арахидоновата киселина е мастна киселина и играе важна роля като сигнална молекула; той също е предшественик на простагландини, които имат хормоноподобни функции. Триацилглицеролът (TAG) обикновено се нарича "мазнина". Съдържа три остатъка от мастни киселини и е най-ефективната форма за съхранение на метаболитна енергия. В зависимост от вида на мастната киселина (наситена или ненаситена), TAG е или течна (напр. Зехтин), или твърда (напр. Масло). Фосфатидилинозитолът (PI) е мембранен фосфолипид. Холестеролът модулира мембранните свойства. Cerebroside е липид, съдържащ захар в нервните и мускулните клетки (формули, взети от базата данни PubChem https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/).

Фигура 1 показва - за да илюстрира тяхната химическа хетерогенност - различни липидни молекули, включително холестерол, глицеролипиди и сфинголипиди. Няколко липидни биосинтетични пътища служат като цели за антибиотици (напр. Синтез на бактериални мастни киселини) или фармакологични агенти (напр. Биосинтез на стерол при гъбички или хора). Подробна схема за класификация на липидите може да бъде намерена на уебсайта на Lipid MAPS (https://www.lipidmaps.org/) [2]. Друга основна пречка за количественото описание на липидома на клетка или тъкан е, че различните липидни класове и типове се срещат в изключително различни количества: Функционално съществените сигнални молекули могат да присъстват само в малки количества, така че обемните липиди да ги припокриват в анализа.

Появата на липидомика

„Целеви“ или „нецелеви“: допълващи методи за специални приложения

Най-широко разпространеният метод в липидомиката се основава на масспектрометрия (MS) [6,7]: липиди от проба се инжектират във вакуума на масспектрометъра, подложени на слаба йонизация (обикновено в конфигурация на електроспрей) и йони въз основа на тяхната Съотношението маса-заряд (m/z) се отделя преди да ударят детектора. Това разделяне обикновено се извършва в поредица от специално координирани, редуващи се магнитни полета („квадрупол”). В допълнение, йонни капани могат да се използват за избор и обогатяване на определени йони преди откриването. За да се получи по-добра представа за структурните характеристики, йони могат да бъдат разделени на характерни фрагменти в така наречените сблъсъчни клетки. Настройките за време на полет (TOF) дават възможност за по-нататъшно подобряване на идентифицирането на фрагменти въз основа на времето на полета им в масспектрометъра [6,7].

Фиг. 2 Масов спектър на липидна проба. Уголемената площ показва малка част от този спектър и илюстрира високата точност на масата, която позволява ясно разграничаване между различните липидни видове.

Липидомичните подходи могат да бъдат „целенасочени“ или „нецелеви“. В целевия вариант се използва специфично избран спектър от видове липидни молекули, всички от които се определят от специфични m/z стойности, за откриване и количествено определяне, като липидните типове, които не са от значение за разследването, се пропускат, за да се избегне нежелан фонов шум . Нецелевият вариант се опитва да обхване целия мас спектър и по този начин позволява откриването на неизвестни липидни молекули. И двата подхода имат предимства и недостатъци по отношение на времето за анализ и чувствителността (фиг. 2).

Висока пропускателна способност на пробата се постига с подхода на пушката, при който липидните екстракти се инжектират в масспектрометъра без предварително хроматографско разделяне. Анализът отнема само няколко секунди на проба, за да обхване или насочен, или нецелеви спектър от липидни типове. Въпреки че този процес е доста бърз, той лесно се преодолява от голям брой и много различни видове липидни молекулярни видове. Матричните ефекти, които потискат измервателния сигнал и възпрепятстват количественото определяне на липидните видове, могат да бъдат намалени или липидната идентификация подобрена, ако пробата е подложена на хроматографско разделяне преди MS анализ. Въпреки че този вариант е „по-количествен“ от метода на пушката, той удължава значително времето за анализ. Кой от тези процеси, които обикновено се допълват взаимно, е за предпочитане, трябва да бъде поставен в зависимост от конкретното приложение.

Приложения за липидомика и актуални предизвикателства

Защо има тази огромна хетерогенност и сложност на липидните молекули в клетката? Има ли специални функции, свързани с това разнообразие? Липидомиката в крайна сметка ще отговори на някои от тези основни въпроси. В крайна сметка животът зависи от функцията на около 5 nm дебел липиден слой (= 5 милиардни части от метър или 100 пъти по-тънък от стената на сапунен мехур), който определя клетката като такава и отделя вътрешността й от външната тъкан. По-добре да погледнем и да се погрижим за липидите си!