Bild: Philippe Schmitt-Kopplin (li.), Michael Witting (re.). Quelle: Helmholtz Zentrum MünchenNeuherberg, 14.01.2015. Metabolomik (engl.: metabolomics) bezeichnet einen neuen Ansatz in der... Das Team um Michael Witting und Philippe Schmitt-Kopplin nutzte eine Form der Massenspektrometrie, die Direct Infusion Ion Cyclotron Resonance Fourier Transform Mass Spectrometry (DI-ICR-FT/MS), und ein Wirt-Pathogen-Modell, um zu zeigen, dass diese Technologie hochdurchsatzfähig ist und in kurzer Zeit einen sehr tiefen Einblick in verschiedene Stoffwechselwege gewährt. Dabei wurden tausende bekannte sowie auch unbekannte Metabolite (Stoffwechselprodukte) gemessen. Der gesamte Arbeitsablauf, von der Probenextraktion bis zur Generierung einer Datenmatrix für die Auswertung, benötigte für das vorliegende Model weniger als einen Tag.
Für ihre Studie nutzen die Wissenschaftler als Modelorganismus den Fadenwurm Caenorhabditis elegans, welcher mit dem Bakterium Pseudomonas aeruginosa infiziert wurde. In den Ergebnissen ließ sich nicht nur das metabolische Gesamtprofil des Organismus ermitteln, sondern die Wissenschaftler konnten auch anhand von Vergleichen der Stoffwechselwege zwischen den metabolischen Beiträgen und den Interaktionen von Wurm und Bakterium unterscheiden. Die Methodik ermöglichte es zudem, mit P. aeruginoa infizierte C. elegans von nicht-Infizierten zu unterscheiden und auch die bakteriellen Erreger in vollvirulente Pathogene und abgeschwächte Mutanten einzuteilen.
„metabolische Phänotypen nachvollziehen und besser verstehen“
„Mit dieser Technologie können wir für den Stoffwechsel relevante Veränderungen in Wirt und Pathogen verfolgen und somit metabolische Phänotypen nachvollziehen und besser verstehen“, sagt Erstautor Witting.Schmitt-Kopplin ergänzt: „Diese moderne Analysemethode ermöglicht es uns, wesentlich schneller als mit anderen Methoden tausende Stoffwechselprodukte nachzuweisen. Davon sind aber erst einige hundert bekannt. Derzeit ordnen wir diese Daten nun Stoffwechselwegen und Netzwerken zu, um das wissenschaftliche Gesamtbild des Stoffwechsels weiter zu verbessern.“
Neben der Anwendung an Mikroorganismen und Pflanzensystemen kam die Methode bereits bei der Analyse humaner Proben zum Einsatz, beispielsweise um Effekte des sogenannten Mikrobioms – des Erbguts von Darmkeimen – bei Patienten mit Diabetes und anderen Stoffwechselerkrankungen zu untersuchen.
Weitere Informationen
Original-Publikation:Witting, M., et al. (2014). DI-ICR-FT-MS-based high-throughput deep metabotyping: a case study of the Caenorhabditis elegans–Pseudomonas aeruginosa infection model, Analytical and Bioanalytical Chemistry, doi: 10.1007/s00216-014-8331-5
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Fachlicher Ansprechpartner
Prof. Dr. Philippe Schmitt-Kopplin, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Abteilung Analytische Biogeochemie, Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg - Tel.: 089-3187-3246 - E-Mail