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Chemiereport_2016-2

Foto:Chemiereport 72 AustrianLifeScienceschemiereport.at 2016.2 WISSENSCHAFT & FORSCHUNG D ie Analytische Chemie bekommt durch die Fortschritte der Material- und Biowissenschaften immer neue Auf- gaben gestellt. Ein Beispiel dafür sind die sogenannten „-omiken“, also die wissenschaftliche Betrachtung der Gesamt- heit aller Gene (Genomik), RNA-Transkripte (Transkriptomik), Proteine (Proteomik) oder Metaboliten (Metabolomik) einer Zelle oder eines Organismus unter bestimmten Konditionen. Besonders die sogenannte „Ungezielte Metabolomik“ (englisch „untargeted metabolomics“) stellt die Analytiker dabei vor eine für sie ungewohnte Situation: Bei diesem Ansatz wird nicht auf bestimmte, im Vorhinein festgelegte Substanzen mit bekannter Molekülstruktur hin analy- siert. Vielmehr entnimmt man einem biologischen System (beispielsweise der Körper- flüssigkeit oder dem Gewebe eines Patienten) eine Probe und analysiert sie, meist ohne viel Probenvorbereitung, mit Flüssigkeitschromatographie und hochauflösender Massenspek- trometrie (LC/MS). Vielfach lässt sich ein guter Teil der gefunde- nen Signale nicht als diese oder jene Verbindung identifizieren – dennoch erhält man (nach entsprechender Aufbereitung der Daten, etwa mittels Hauptkomponentenanalyse) Signalmuster, die mit bestimmten physiologischen oder pathologischen Zu- ständen korrelieren. Das Team von Nicola Zamboni von der ETH Zürich hat ein Versuchsprotokoll entwickelt, das die chromatographische Tren- nung durch Fließinjektionsanalyse ersetzt und auf diese Weise ermöglicht, lebende Zellen direkt in ein Massenspektrometer zu injizieren, wie der Forscher im Rahmen des diesjährigen Forums Analytik in Wien erzählte. Zusammen mit dem Scaledown der Zellkultivierung und einer Parallelisierung der Probenvorbe- reitung konnte der Durchsatz so auf rund 2.000 Proben pro Tag und Gerät erhöht werden. „80 Prozent der gefundenen Metaboli- ten können wir keine Molekülstruktur zuordnen“, beantwortete Nicola Zamboni eine entsprechende Frage aus dem Publikum. Macht aber nichts, so der Forscher: „Oft ist es gar nicht so wich- tig zu wissen, um welche Verbindung es sich handelt.“ Verände- rungen im Metabolitenmuster bei wechselnden physiologischen Konditionen seien dennoch zu erkennen, und es bestünden Mög- lichkeiten, auf dahinterste- hende Kausalitäten zu schlie- ßen, ohne alle molekularen Details zu kennen, wie Zam- boni darlegte. Eine dieser Möglichkeiten ist, die gefundenen Muster mit Datensätzen von Referenz-Me- tabolomen zu vergleichen, die man erhält, indem man mit einer kontrollierten Perturbation ins Stoffwechselgeschehen eingreift. Beispielsweise können durch Mutation oder Inhibition einzelne Enzyme in ihrer Funktion „abgeschaltet“ und die Konsequenzen auf das Muster an Stoffwechselprodukten beobachtet werden. „Wenn wir eine andere Störung untersuchen, und wir finden derartige Veränderungen wieder, dann gibt das einen Hinweis darauf, dass dasselbe Protein beteiligt sein könnte“, so Zamboni. Eine andere Möglichkeit ist die Durchführung zeitaufgelöster Experimente. „Wenn wir zu unterschiedlichen Zeitpunkten mes- sen, finden wir unterschiedliche Veränderungen zu unter- Die verschlungenen Pfade des Stoffwechsels: Gerade in der Meta- bolomik ist die strenge Vorgehensweise der Analytischen Chemie vonnöten. Metabolomik als Herausforderung für die Analytische Chemie Gezielt ins Ungezielte Das 33. Forum Analytik stellte neue Herausforderungen für die Analytische Chemie vor. Solche hält beispielsweise die Erzeugung eines Gesamtbilds der Stoffwechselprodukte eines biologischen Systems bereit. Von Georg Sachs „Methodenvalidierung ist in der Meta- bolomik heute noch wenig etabliert.“

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