Tandemowa spektrometria mas (MS/MS) jest powszechnie stosowaną metodą spektrometrii mas, która polega na izolowaniu jonu prekursorowego i wywoływaniu fragmentacji poprzez zastosowanie energii aktywacji, takiej jak dysocjacja wywołana zderzeniem (CID)1. Sposób, w jaki jon się fragmentuje, jest ściśle związany z jego strukturą molekularną. Produkty naturalne są często biosyntetyzowane jako mieszaniny strukturalnie podobnych związków, a nie jako pojedyncza unikalna substancja chemiczna2. W związku z tym strukturalnie pokrewne związki, które są częścią tej samej klasy biosyntezy, często mają kluczowe cechy fragmentacji MS/MS, w tym wspólne jony produktowe i/lub straty obojętne. Możliwość badania przesiewowego złożonych próbek pod kątem związków, które zawierają jony produktowe specyficzne dla danej klasy i/lub ubytki neutralne, jest potężną strategią wykrywania całych klas związków, potencjalnie prowadzącą do odkrycia nowych produktów naturalnych3,4,5,6. Przez dziesięciolecia metody spektrometrii mas, takie jak skanowanie strat obojętnych i skanowanie jonów prekursorowych wykonywane na instrumentach o niskiej rozdzielczości, pozwalały na wykrywanie jonów o tej samej utracie neutralnej lub jonów produktowych. Jednak konkretne jony lub przejścia musiały zostać zdefiniowane przed przeprowadzeniem eksperymentów. Ponieważ spektrometry masowe o wysokiej rozdzielczości stają się coraz bardziej popularne w laboratoriach badawczych, złożone próbki są obecnie powszechnie badane przy użyciu nieukierunkowanych, zależnych od danych metod akwizycji (DDA). W przeciwieństwie do tradycyjnego skanowania utraty neutralności i jonów prekursorowych, związki pokrewne strukturalnie można zidentyfikować za pomocą analizy po akwizycji7. W tej pracy demonstrujemy opracowaną przez nas strategię określaną jako filtrowanie fragmentacji diagnostycznej (DFF)5,6, proste i przyjazne dla użytkownika podejście do wykrywania całych klas związków w złożonych matrycach. Ten moduł DFF został zaimplementowany na platformie open source MZmine 2 i jest dostępny po pobraniu MZmine 2.38 lub nowszych wersji. DFF umożliwia użytkownikom efektywne badanie zestawów danych DDA pod kątem widm MS/MS, które zawierają jony produktowe i/lub straty neutralne, które są diagnostyczne dla całych klas związków. Ograniczeniem DFF jest to, że charakterystyczne jony produktowe i/lub straty obojętne dla danej klasy związków muszą być określone przez analityka.
Na przykład, każda z ponad 60 różnych zidentyfikowanych mykotoksyn fumonizyny8,9 posiadają trikarbaliliczny łańcuch boczny, który generuje m/z 157.0142 (C6H5O5-) jon po rozdrobnieniu [M-H]- ion4. W związku z tym wszystkie przypuszczalne fumonizyny w próbce można wykryć za pomocą DFF, przesiewając wszystkie widma MS/MS w zestawie danych DDA, które zawierają wyraźny jon produktowy m / z 157.0142. Podobnie, związki siarczanowe można wykryć, przeprowadzając badania przesiewowe zestawów danych DDA dla widm MS/MS, które zawierają neutralną stratę diagnostyczną 79,9574 Da (SO3)3. Podejście to zostało również z powodzeniem zastosowane do wykrywania nowych cyklicznych peptydów5 oraz produktów naturalnych, które zawierają reszty tryptofanu lub fenyloalaniny6.
Aby zademonstrować skuteczność DFF i łatwość jego użycia w ramach platformy MZmine10, zastosowaliśmy to podejście do analizy mikrocystyn (MCs); klasy ponad 240 strukturalnie powiązanych toksyn wytwarzanych przez słodkowodne cyjanobakterie11,12,13.
Najczęściej zgłaszanymi cyjanotoksynami są MCs, a najczęściej badany jest kongener MC-LR (leucyna [L]/arginina [R]) (Rysunek 1). MC to monocykliczne nierybosomalne heptapeptydy, biosyntetyzowane przez wiele rodzajów sinic, w tym Microcystis, Anabaena, Nostoc i Planktothrix12,13. MC składają się z pięciu wspólnych reszt i dwóch zmiennych pozycji zajmowanych przez L-aminokwasy. Prawie wszystkie MC posiadają charakterystyczną resztę β kwasu 3-amino-9-metoksy-2,6,8-trimetylo-10-fenylodeka-4,6-dienowego (Adda) na pozycji 511. Ścieżki fragmentacji MS/MS MC są dobrze opisane14,15; reszta Adda jest odpowiedzialna za wyraźny jon produktowy MS/MS, m/z 135.0803+ (C9H11O+), a także inne jony produktowe, w tym m/z 163.1114+ (C11H15O+) (Rysunek 2). Nieukierunkowane zestawy danych DDA ekstraktów komórkowych Microcystis aeruginosa można przebadać pod kątem wszystkich obecnych mikrocystyn przy użyciu tych jonów diagnostycznych, pod warunkiem, że mikrocystyny mają resztę Adda.