eng
Выпуск #3/2013
В.Варламов
Приборы серии AXIMA с ионизацией MALDI компании Shimadzu: особенности и применение
Приборы серии AXIMA с ионизацией MALDI компании Shimadzu: особенности и применение
Просмотры: 2762
Корпорация Shimadzu, основанная в Киото (Япония) в 1875 году как семейная мастерская по производству наглядных пособий для обучения естественным наукам, за свою более чем 120-летнюю историю превратилась в крупнейшую мировую корпорацию, работающую в области высокоточного приборостроения и выпускающую на сегодняшний день широкий спектр инновационного оборудования для химического анализа. В ассортименте производимых приборов можно найти как простейшие спектрофотометры для рутинного анализа, так и самые сложные системы (хроматографы и масс-спектрометры, рентгеновские и оптические спектрометры и др.) которые позволяют решать сложнейшие задачи в различных областях науки. Особое место в широкой линейке оборудования Shimadzu занимают масс-спектрометры. Статья посвящена особенностям работы и применения масс-спектрометров серии AXIMA с ионизацией MAЛДИ.
Теги: maldi ionization mass spectrometry proteomics tandem mass-spectrometry time of flight mass analyzer времяпролетный масс-анализатор ионизация малди масс-спектрометры протеомика тандемная масс-спектрометрия
Последние несколько десятков лет Shimadzu активно развивает масс-спектрометрическое оборудование, создавая новейшие инновационные приборы. Компания имеет собственный исследовательский центр в Токио, где под руководством нобелевского лауреата по химии Коичи Танака ведутся исследования и разработка новых подходов в масс-спектрометрии. В 1989 году корпорацией Shimadzu поглощен легендарный британский производитель масс-спектрометров Kratos, что еще более укрепило позиции компании в области масс-спектрометрии.
В настоящий момент в ряду масс-спектрометров Shimadzu представлены масс-спектрометрические детекторы для газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также масс-спектрометры серии AXIMA с ионизацией MALDI. MALDI (МАЛДИ) – Матрично Aктивированная Лазерная Десорбция/Ионизация впервые была предложена в конце 1980-х годов, как мягкий метод ионизации для получения масс-спектров биополимеров. Метод МАЛДИ заключается в следующем: небольшое количество исследуемого вещества наносят на твердую подложку совместно со специально подобранным веществом – матрицей. После нанесения образец интенсивно облучают лазерным лучом, что приводит к быстрому испарению матрицы. Ее выбирают таким образом, чтобы она обладала высокой летучестью и интенсивно поглощала излучение лазера. В газовой фазе оказывается и нелетучий исследуемый компонент, который ионизируется. Ионы, образовавшиеся в процессе облучения пробы, проходят через систему ионной оптики и попадают в масс-спектрометр, который регистрирует их и формирует масс-спектр (рис.1).
Такой способ ионизации позволяет перевести в заряженную форму крупные молекулы биополимеров, при этом удается получать молекулярные ионы даже таких лабильных соединений, как белки. Использование метода МАЛДИ сегодня широко распространено в таких сферах науки, как химия физиологически активных веществ, протеомика, химия высокомолекулярных веществ.
Один из создателей метода МАЛДИ, сотрудник корпорации Shimadzu Коичи Танака, в 2002 году удостоен Нобелевской премии по химии за работы по развитию МАЛДИ: "За развитие новых масс-спектрометрических методов исследования макромолекул".
При работе с ионами биополимеров необходимо использовать масс-анализатор, который обеспечивает высокое разрешение, возможность регистрации ионов с высокими значениями m/z и высокую точность определения массы. Кроме того, структурные исследования должны проходить в режиме тандемной масс-спектрометрии, благодаря которой можно изучать фрагментацию интересующей нас макромолекулы. Корпорация Shimadzu в своих масс-спектрометрах MALDI серии AXIMA использует времяпролетные масс-анализаторы, которые превосходно отвечают перечисленным выше критериям (режим тандемной масс-спектрометрии реализован в старших приборах серии). Времяпролетный масс-анализатор основан на разгоне ионов в электрическом поле с последующим дрейфом в бесполевом пространстве. Ионы, обладающие малым значением m/z, в ускоряющем поле получают высокую скорость и быстро минуют бесполевое пространство, достигая детектора раньше, чем более тяжелые ионы, получившие при ускорении меньшую скорость (рис.2).
Для повышения разрешающей способности времяпролетного масс-анализатора (для корректировки различий в начальной кинетической энергии ионов с одинаковыми значениями m/z) используется масс-спектрометр с рефлектроном (ионное зеркало) (рис.3).
В масс-спектрометрах серии AXIMA доступны оба варианта работы масс-анализаторов, поскольку каждый из режимов обладает определенными преимуществами. Режим линейного времяпролетного масс-анализатора обеспечивает работу с ионами с высокими значениями m/z (до 350000) и высокую чувствительность детектирования, но не дает высокой разрешающей способности, тогда как в режиме с рефлектроном удается достигнуть высокой разрешающей способности, ограничивая при этом верхний диапазон измеряемых величин и несколько снижая чувствительность.
В линейке масс-спектрометров Shimadzu MALDI AXIMA представлены четыре прибора (рис.4). В таблице представлены основные технические характеристики этих приборов.
К особенностям приборов относятся: уникальный ионный фильтр с функцией запирания пучка для удаления нежелательных легких ионов (MonoPULSE); азотный лазер 50 Гц с гарантией в 60 млн. вспышек; осевая ортогональная геометрия облучения с регистрируемой мощностью (337 нм); безрешеточная ионная оптика; электронный умножитель для регистрации положительно и отрицательно заряженных ионов; держатели образцов формата стандартных микротитрационных планшет; разнообразные адаптеры для биочипов, гистологических срезов, CD и др.; вертикальное напольное исполнение; совместимость с ВЭЖХ (Accuspot); встроенная функция картирования изображений с применением хемопринтера CHIP.
Область применения приборов серии AXIMA весьма широка. В рамках одной статьи невозможно рассказать обо всех возможностях использования MALDI-масс-спектрометров AXIMA, поскольку они крайне разнообразны. Постараемся продемонстрировать некоторые возможности на актуальных примерах.
Одна из важнейших областей применения масс-спектрометров MALDI – проведение идентификации белков. После выделения белков любыми препаративными методами проводят их ферментное расщепление, после чего выделяют полученные пептиды и осуществляют их масс-спектрометрическое исследование (рис.5). В качестве другого примера можно рассмотреть идентификацию модифицированных белков (рис.6).
Пожалуй, одно из наиболее интересных направлений применения масс-спектрометров MALDI AXIMA – это использование их для идентификации микроорганизмов. Идентификация микроорганизмов методом масс-спектрометрии MALDI основана на получении спектров клеточной жидкости микроорганизмов с последующим выявлением в масс-спектрах сигналов характерных для белков и пептидов конкретных штаммов. Для идентификации достаточно вырастить на агаре колонию микроорганизмов (размером не менее 105 КОЕ), перенести колонию на пластинку и получить масс-спектр (рис.7). Идентификация микроорганизмов осуществляется автоматически и возможна даже в том случае, если в колонии присутствует несколько штаммов. В сложных случаях возможно отнесение неидентифицированного штамма к определенному роду. Для этих целей корпорация Shimadzu предлагает программно-аппаратный комплекс SARAMIS (Spectral ARchive And Microbial Identification System, ЕвроПатент № 1253622), в состав которого входит масс-спектрометр серии AXIMA и специальный программный пакет, включающий в себя библиотеку масс-спектров характеристических белков микроорганизмов. На сегодняшний день – это более 1600 штаммов более чем 230 родов грибов, бактерий и др.
Другая интересная сфера применения масс-спектрометров MALDI AXIMA – это проведение картирования образцов биоматериалов по содержанию интересующих исследователя компонентов (масс-спектрометрический биоимэджинг). Для этих целей получают образец исследуемого биоматериала, наносят на его поверхность матрицу. Для этих целей используют специальный хемопринтер ChIP-1000 корпорации Shimadzu (рис.8). В каждой точке исследуемого образца получают масс-спектр, на основании которого с помощью специализированного программного обеспечения строят картину распределения того или иного компонента (рис.9).
Кроме масс-спектрометров корпорация Shimadzu выпускает широкий спектр необходимого вспомогательного оборудования для проведения пробоподготовки образцов к MALDI-исследованиям, а также необходимое программное обеспечение.
Подробную информацию о масс-спектрометрах MALDI AXIMA, а также о любом другом аналитическом оборудовании корпорации Shimadzu, областях применения и возможностях приборов можно получить у генерального дистрибьютора – группы компаний "ИнтерАналит".
В настоящий момент в ряду масс-спектрометров Shimadzu представлены масс-спектрометрические детекторы для газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также масс-спектрометры серии AXIMA с ионизацией MALDI. MALDI (МАЛДИ) – Матрично Aктивированная Лазерная Десорбция/Ионизация впервые была предложена в конце 1980-х годов, как мягкий метод ионизации для получения масс-спектров биополимеров. Метод МАЛДИ заключается в следующем: небольшое количество исследуемого вещества наносят на твердую подложку совместно со специально подобранным веществом – матрицей. После нанесения образец интенсивно облучают лазерным лучом, что приводит к быстрому испарению матрицы. Ее выбирают таким образом, чтобы она обладала высокой летучестью и интенсивно поглощала излучение лазера. В газовой фазе оказывается и нелетучий исследуемый компонент, который ионизируется. Ионы, образовавшиеся в процессе облучения пробы, проходят через систему ионной оптики и попадают в масс-спектрометр, который регистрирует их и формирует масс-спектр (рис.1).
Такой способ ионизации позволяет перевести в заряженную форму крупные молекулы биополимеров, при этом удается получать молекулярные ионы даже таких лабильных соединений, как белки. Использование метода МАЛДИ сегодня широко распространено в таких сферах науки, как химия физиологически активных веществ, протеомика, химия высокомолекулярных веществ.
Один из создателей метода МАЛДИ, сотрудник корпорации Shimadzu Коичи Танака, в 2002 году удостоен Нобелевской премии по химии за работы по развитию МАЛДИ: "За развитие новых масс-спектрометрических методов исследования макромолекул".
При работе с ионами биополимеров необходимо использовать масс-анализатор, который обеспечивает высокое разрешение, возможность регистрации ионов с высокими значениями m/z и высокую точность определения массы. Кроме того, структурные исследования должны проходить в режиме тандемной масс-спектрометрии, благодаря которой можно изучать фрагментацию интересующей нас макромолекулы. Корпорация Shimadzu в своих масс-спектрометрах MALDI серии AXIMA использует времяпролетные масс-анализаторы, которые превосходно отвечают перечисленным выше критериям (режим тандемной масс-спектрометрии реализован в старших приборах серии). Времяпролетный масс-анализатор основан на разгоне ионов в электрическом поле с последующим дрейфом в бесполевом пространстве. Ионы, обладающие малым значением m/z, в ускоряющем поле получают высокую скорость и быстро минуют бесполевое пространство, достигая детектора раньше, чем более тяжелые ионы, получившие при ускорении меньшую скорость (рис.2).
Для повышения разрешающей способности времяпролетного масс-анализатора (для корректировки различий в начальной кинетической энергии ионов с одинаковыми значениями m/z) используется масс-спектрометр с рефлектроном (ионное зеркало) (рис.3).
В масс-спектрометрах серии AXIMA доступны оба варианта работы масс-анализаторов, поскольку каждый из режимов обладает определенными преимуществами. Режим линейного времяпролетного масс-анализатора обеспечивает работу с ионами с высокими значениями m/z (до 350000) и высокую чувствительность детектирования, но не дает высокой разрешающей способности, тогда как в режиме с рефлектроном удается достигнуть высокой разрешающей способности, ограничивая при этом верхний диапазон измеряемых величин и несколько снижая чувствительность.
В линейке масс-спектрометров Shimadzu MALDI AXIMA представлены четыре прибора (рис.4). В таблице представлены основные технические характеристики этих приборов.
К особенностям приборов относятся: уникальный ионный фильтр с функцией запирания пучка для удаления нежелательных легких ионов (MonoPULSE); азотный лазер 50 Гц с гарантией в 60 млн. вспышек; осевая ортогональная геометрия облучения с регистрируемой мощностью (337 нм); безрешеточная ионная оптика; электронный умножитель для регистрации положительно и отрицательно заряженных ионов; держатели образцов формата стандартных микротитрационных планшет; разнообразные адаптеры для биочипов, гистологических срезов, CD и др.; вертикальное напольное исполнение; совместимость с ВЭЖХ (Accuspot); встроенная функция картирования изображений с применением хемопринтера CHIP.
Область применения приборов серии AXIMA весьма широка. В рамках одной статьи невозможно рассказать обо всех возможностях использования MALDI-масс-спектрометров AXIMA, поскольку они крайне разнообразны. Постараемся продемонстрировать некоторые возможности на актуальных примерах.
Одна из важнейших областей применения масс-спектрометров MALDI – проведение идентификации белков. После выделения белков любыми препаративными методами проводят их ферментное расщепление, после чего выделяют полученные пептиды и осуществляют их масс-спектрометрическое исследование (рис.5). В качестве другого примера можно рассмотреть идентификацию модифицированных белков (рис.6).
Пожалуй, одно из наиболее интересных направлений применения масс-спектрометров MALDI AXIMA – это использование их для идентификации микроорганизмов. Идентификация микроорганизмов методом масс-спектрометрии MALDI основана на получении спектров клеточной жидкости микроорганизмов с последующим выявлением в масс-спектрах сигналов характерных для белков и пептидов конкретных штаммов. Для идентификации достаточно вырастить на агаре колонию микроорганизмов (размером не менее 105 КОЕ), перенести колонию на пластинку и получить масс-спектр (рис.7). Идентификация микроорганизмов осуществляется автоматически и возможна даже в том случае, если в колонии присутствует несколько штаммов. В сложных случаях возможно отнесение неидентифицированного штамма к определенному роду. Для этих целей корпорация Shimadzu предлагает программно-аппаратный комплекс SARAMIS (Spectral ARchive And Microbial Identification System, ЕвроПатент № 1253622), в состав которого входит масс-спектрометр серии AXIMA и специальный программный пакет, включающий в себя библиотеку масс-спектров характеристических белков микроорганизмов. На сегодняшний день – это более 1600 штаммов более чем 230 родов грибов, бактерий и др.
Другая интересная сфера применения масс-спектрометров MALDI AXIMA – это проведение картирования образцов биоматериалов по содержанию интересующих исследователя компонентов (масс-спектрометрический биоимэджинг). Для этих целей получают образец исследуемого биоматериала, наносят на его поверхность матрицу. Для этих целей используют специальный хемопринтер ChIP-1000 корпорации Shimadzu (рис.8). В каждой точке исследуемого образца получают масс-спектр, на основании которого с помощью специализированного программного обеспечения строят картину распределения того или иного компонента (рис.9).
Кроме масс-спектрометров корпорация Shimadzu выпускает широкий спектр необходимого вспомогательного оборудования для проведения пробоподготовки образцов к MALDI-исследованиям, а также необходимое программное обеспечение.
Подробную информацию о масс-спектрометрах MALDI AXIMA, а также о любом другом аналитическом оборудовании корпорации Shimadzu, областях применения и возможностях приборов можно получить у генерального дистрибьютора – группы компаний "ИнтерАналит".
Отзывы читателей
