Core Facility Mass Spectrometry & NMR Spectroscopy

Lipidomisches Tiefenprofil
Unsere LC-MS basierte Lipidomics Plattform läuft auf der Orbitrap Velos Pro und der Orbitrap Eclipse. Dabei verwenden wir entweder Umkehrphasenchromatographie, welche Lipide nach ihren hydrophoben Fettsäuren trennt oder HILIC, welche Lipide nach ihren polaren Kopfgruppen trennt. Während Umkehrphasenchromatographie eher für eine hohe Spezies Abdeckung verwendet wird, hat HILIC ihre Stärken in einer zuverlässigeren Quantifizierung. Zusätzlich zur LC-MS von komplexeren Lipiden wird die Analyse von Fettsäuren mit GC-MS abgedeckt. Unser Portfolio deckt Fettsäuren (und deren Derivate), Phospholipide, Glycerolipide, Sphingolipide, Sterole und Prenole aus den biologisch-funktionellen Bereichen zelluläre Membranen, Energiespeicherung und Signaltransduktion ab. Dies führt zu einem Standardportfoliowelches die Lipidklassen PC, PE, PI, PG, PS, CL, SM, Cer, HexCer, TG, DG, FA und Chol umfasst. Während unser Schwerpunkt auf Lipiden aus Säugerzellen liegt, haben wir nichts desto trotz auch schon mit vielen anderen Organismen wie z.B. Pichia Pastoris, C. Elegans, Archaea oder Pflanzenextrakten gearbeitet um hier nur einige wenige zu nennen. Unsere gesammelte Expertise in diesem Feld schlägt sich in 82 Publikationen mit einem durchschnittlichen Impact Factor von mehr als 7 nieder.

Lipoprotein Profil
Zusätzlich zur oben beschriebene Lipidomics offerieren wir Lipoprotein Profile mittels NMR, welche auch im klinischen Rahmen Anwendung finden können. Das Avance Neo 600 Kernmagnetische Resonanzspektrometer kann routinemäßig für eine robuste und quantitative Analyse von VLDL, IDL, LDL und HDL inklusive 16 Lipoprotein Subklassen und 41 Serum/Plasma Metabolite eingesetzt werden.

LC-MS Metabolomics
LC-MS basierte Bestimmung von niedermolekularen Metaboliten ist derzeit die empfindlichste Form der Metabolomics Analytik. Die äußerst wirkmächtige Trennleistung von UHPLC gekoppelt mit der hohen Selektivität von MS macht diese Methodik äußerst versatil und umfassend. In der Core Facility wird für diese Art der Analytik eine Orbitrap Q-Exactive oder eine Orbitrap Tribrid Eclipse verwendet. Beide Geräte sind, je nach Erfordernis, entweder mit Umkehrphasenchromatographie oder HILIC ausgestattet. Unsere selbstentwickelten Workflows, Datenbanken und Metabolischen Karten sind um die robuste Analyse von Metaboliten zentriert, welche in einer Vielzahl von zellulär relevanten metabolischen Prozessen involviert sind (Glykolyse, Gluconeogenese, Harnstoff Zyklus, Polyamin Synthese, Aminosäuren Stoffwechsel etc.. Dabei legen wir ein spezielles Augenmerk auf eindeutige Identifikation (Retentionszeit, MS2/MS3) und reproduzierbare Detektion. Je nach den Erfordernissen der Anwendung können wir zielgerichtet oder nicht zielgerichtet arbeiten. Sofern erforderlich ist auch eine absolut quantitative Analyse von Metaboliten möglich.

Auf Kundenwunsch kann die Auswertung entweder nur grundlegende differenzielle Statistik oder auch vertiefte Statistik (Multivariate Statistik, Anreicherungsanalyse, Stoffwechselwegkartierung etc.) und Visualisierung von metabolischen Netzwerken umfassen.

NMR Metabolomics
Zusätzlich zur oben beschriebenen LC-MS Metabolomics bieten wir NMR Metabolomics mit dem IVDr Kit von Bruker an. Diese wird am Avance Neo 600 MHz NMR Spektrometer abgewickelt und ist auf Urin sowie Serum/Plasma im Klinischen Rahmen anwendbar. Die äußerst hohe Stabilität und die günstigen quantitativen Eigenschaften sind die idealen Grundvoraussetzungen für die Abwicklung von vergleichenden klinischen Langzeitstudien (z.B. Plasma Biomarker). Im Augenblick erfasst der Bruker IVDr Metabolomics Kit 41 Metabolite und 112 Lipoprotein assoziierte Parameter absolut quantitativ, bei einer Durchsatzrate von 48 Proben am Tag.

Das Ziel der Proteomics ist es so viele Proteine und Peptide wie möglich mit hoher Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit zu identifizieren und quantifizieren. Dabei ist die Herausforderung aus meist sehr komplexen Proben so viel wie möglich Information herauszubekommen. In der Core Facility sind die Orbitrap Exploris 480 und das maXis II ETD (Q-ToF) ausschließlich für Proteomics reserviert. Die Arbeitsschritte des typischen Proteomics Experiments sind Gewebeaufschluss, proteoltischer Verdau, chromatographische Trennung mittel nanoHPLC und Peptid Identifikation am Massenspektrometer. Mit diesen Möglichkeiten können wir auch relative Proteinquantifizierung (LFQ), Charakterisierung von extrazellulären Vesikeln und Identifizierung sowie Lokalisierung von posttranslationalen Modifikationen anbieten. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit das Molekulargewicht von intakten, unverdauten Proteinen zu bestimmen.

Multi Omics Datenintegration bietet einen umfassenden Überblick über biologische Prozesse und ist ein wesentlicher Bestandteil zur Weiterentwicklung molekulare Wissenschaften. Da wir über alle drei Massenspektrometrie basierten omics Technologien (Proteomics, Metabolomics, Lipidomics) verfügen, sind wir in der vorteilhaften Position diese über Multi Omics zusammenfassen zu können und so einen deutlichen Mehrwert zu schaffen. Ermöglicht wird dieser Ansatz durch unser im Haus entwickeltes Multi Extraktions Protokoll, wo hydrophobe Lipide, hydrophile Metabolite und Proteine aus einer Proben Extraktion sequenziell isoliert werden und nachfolgend den entsprechenden Omics Analysen zugeführt werden können. Da auf zellulärer Ebene Proteine, Metabolite und Lipide im metabolischen Zusammenspiel verknüpft sind, kann der Forscher die bestehenden Verbindungen in einem Multi Omics Ansatz deutlich besser erkennen und somit auch die Komplexität der individuellen Datensätze reduzieren, was oft zur Entdeckung neuer krankheitsrelevanter Stoffwechselaktivitäten beitragen kann. Durch die Integration der drei Omics Technologien wird auch die Treffsicherheit der einzelnen Ergebnisse gesteigert, was wiederum zu einem besseren Verständnis von Genotyp-Phänotyp Beziehungen führt und in Folge zu zielgenaueren Therapieansätzen führen kann. In diesem Lichte ermöglicht Multi Omics ein tieferes Verständnis dynamischer molekularer Prozesse auf zellulärer Ebene und trägt damit zu unserem physiologischen und pathologischen Wissen bei, welches nachfolgend in translationaler Weise für Präzisionsmedizin genutzt werden kann.