Несмотря на то, что в последние десятилетия полностью синтетические молекулы стали играть все более заметную роль в разработке лекарств, почти две трети всех одобренных лекарств за последние 39 лет являются натуральными продуктами или продуктами, вдохновленными натуральными продуктами,1,2 что подчеркивает сохраняющуюся важность исследований в области натуральных продуктов. Алкалоиды, некоторые азотсодержащие природные продукты, особенно ценятся за свои лечебные свойства. Тропановые алкалоиды (ТА), содержащие [3.2.1.]-бициклические азотсодержащие системы, продуцируются в основном растениями семейств Пасленовые, Эритроксиловые и Вьюнковые (Convolvulaceae). Примеры включают атропин, скополамин и кокаин; Многократные полусинтетические или синтетические тропаны также используются в клинической практике3. ТА и их производные используются для лечения многих состояний 3,4, и некоторые из этих препаратов включены в Список основных лекарственных средств ВОЗ на 2023 год5. Из-за своей мощной активности ТК также используются в рекреационных целях (в качестве стимуляторов или делириантов) и могут вызвать отравление при употреблении в пищу растений (или препаратов), которые их содержат 6,7. ТК нежелательны в пище человека и животных8 и могут испортить чаи, специи, зерновые, мед и травяные добавки 9,10. Из-за их лечебных возможностей и способности отравлять, аналитические методы, которые могут помочь в открытии новых ТА (и идентификации известных ТА), являются полезными.
В тандемной масс-спектрометрии (МС/МС) «масс-фильтры» (например, квадруполи, времяпролетные трубки) физически связаны друг с другом («в космосе»), или в приборе используются дополнительные «временные» этапы реакции/разделения. В космосе МС/МС использует различные режимы для отбора и фрагментации различных ионов на различных массовых фильтрах (например, квадруполях тройного квадруполя или инструмента QQQ). Эти различные режимы могут использоваться для определения того, какие конкретные фрагменты образуются данным ионом (сканирование ионов продукта), какие ионы в образце дают определенные фрагменты (сканирование ионов-предшественников или PrIS) или претерпевают потери характерной массы (сканирование нейтральными потерями или NLS), или какие конкретные соединения обладают какими конкретными фрагментами (мониторинг множественных реакций). Таким образом, MS/MS предоставляет фрагменты, которые полезны для предложения структур для новых соединений или подтверждения присутствия существующего соединения. МС/МС все чаще используется в области разработки лекарственных препаратов, химии природных продуктов и метаболомики 11,12, а также используется для профилирования веществ, содержащих алкалоиды (для фитохимической характеристики или хемотаксономического анализа), а также для обнаружения и количественного определения специфических алкалоидов в пищевых или лекарственных растениях 10,13,14,15,16.
Несмотря на множество доступных методов масс-спектрометрии, существуют проблемы с поиском новых алкалоидов. В дополнение к поиску организма-кандидата для скрининга, полное структурное подтверждение алкалоида является трудоемким процессом, который может включать в себя множество различных аналитических методов. Кроме того, исследователи могут изолировать соединение, которое уже известно, тратя впустую труд, время и ресурсы. Это особенно сложно для ТА, где регистрируются сотни, если не тысячи ТА, многие из которых изомерны друг другу. Процесс «идентификации известного и отличия его от неизвестного» известен как дерепликация. Для помощи в этом процессе публикуются базы данных о времени удержания (r.t.s) и массовых фрагментах различных TA и других соединений17,18. Тем не менее, дерепликация трудоемка; простое аннотирование (т.е. присвоение предполагаемых структур) алкалоидов во всей хроматограмме LC-MS/MS образца занимает много времени. В последнее время для бензилизохинолина, монотерпена индола и тропановых алкалоидов были использованы как молекулярная сеть1 9,20, так и ручная дерепликация 18,21,22. Тем не менее, не существует специальных методов или рабочих процессов, доступных для быстрой дерепликации образцов, содержащих ТА, на основе ЖХ-МС/МС, даже несмотря на то, что ТА обладают общими, легко идентифицируемыми фрагментами (рис. 1). В описанном здесь методе используется комбинация зависящих от данных (DD) сканирования ионов продуктов, PrIS и NLS для аннотирования и классификации структур TA в растениях на основе как различных структур фрагментации моно-, ди- и тризамещенных тропанов (рисунок 1A), так и потерь общих эфирных групп, обнаруженных в этих алкалоидах (рисунок 1B). Исследуемыми организмами являются несколько видов пасленовых рода Datura. Богатый источник разнообразных ТА, дурман использовался на протяжении всей мировой истории в медицинских икультурных целях, и его трудно воспроизвести из-за его многочисленных, структурно схожих ТА, что дает нам привлекательные образцы для тестирования нашего метода.