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Titelaufnahme

Titel
Development of stable isotopic labeling assisted LC-HRMS based metabolomics workflows / Bernhard Kluger
VerfasserKluger, Bernhard
Begutachter / BegutachterinGoodacre, Royston ; Köllensperger, Gunda
Betreuer / BetreuerinSchuhmacher, Rainer
Erschienen2014
UmfangXVII, 182 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Metabolomik / Stabilisotopenmarkierung / Flüssigchromatographie - hochauflösende Massenspektrometrie / Deoxynivalenol
Schlagwörter (EN)Metabolomics / Stable isotopic labeling / liquid chromatographie - high resolution mass spectrometry / deoxynivalenol
Schlagwörter (GND)Metabolit / LC-MS / Isotopenmarkierung
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-19692 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Development of stable isotopic labeling assisted LC-HRMS based metabolomics workflows [7.55 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Ungerichtete Metabolomik-Ansätze haben das Ziel sämtliche niedermolekularen Stoffwechselprodukte eines biologischen Systems (Metabolom) ganzheitlich zu erfassen. Eine Schlüsseltechnik dafür ist die Flüssigchromatografie in Kombination mit Elektrospray Ionisation und hochauflösender Massenspektrometrie (LC-ESI-HRMS). Die Anwendung dieser Technik führt aber auch zu neuen Herausforderungen, wie z.B. die zweifelsfreie Zuordnung der gemessenen Substanzen zur biologischen Probe, Ionensuppression ausgelöst durch Matrixbestandteile der Proben und die Identifikation von bisher unbekannten Metaboliten. Stabilisotopen-Markierungstechniken bieten neue Möglichkeiten um diese Limitierungen zu überwinden. In der vorliegenden Arbeit wurden LC-ESI-HRMS basierende Metabolomik Konzepte entwickelt, die gezielt die Vorteile stabilisotopenmarkierter Verbindungen nutzen. Es wurden Arbeitsschemata für a) die ungerichtete Annotierung des gesamten Metaboloms und b) für die Untersuchung der Metabolisierung isotopenmarkierter exogener und endogener Tracersubstanzen in biologischen Systemen enwickelt. Beide Konzepte wurden gemeinsam mit Bioinformatikern realisiert und umfassen die Planung der biologischen Experimente, Probenvorbereitung, LC-ESI-HRMS Analysen, automatisierte Datenauswertung,Interpretation der Daten und die Identifizierung der Metabolite. Durch die Suche nach 13C Mustern in den Proben markierter Organismen erfolgte eine wesentliche Reduktion der Datenmenge und eine gezielte Detektion aller biologischen Substanzen. Außerdem wurde mit Hilfe der Stabilisotopenmarkierung die Metabolisierung exogener Tracersubstanzen untersucht. Mittels der in dieser Arbeit entwickelten ungerichteten Methode konnten erfolgreich zahlreiche bisher unbekannte Entgiftungsprodukte des Mykotoxins Deoxynivalenol in Pflanzen detektiert werden. Die beiden entwickelten Arbeitschemata können für viele biologische Systeme angewendet und zur Untersuchung unterschiedlicher Fragestellungen eingesetzt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

Untargeted metabolomics approaches aim at the global probing of the metabolic space of a biological system. LC-ESI-HRMS has become a key technique for this purpose. However, the application of LC-HRMS gives rise to several new challenges such as the correct recognition of biologically derived features, ion suppression caused by matrix effects and the most prevalent problem of identification of unknown compounds. Stable isotopic labeling (SIL) assisted approaches offer new possibilities to overcome these limitations. Within the presented thesis, two LC-HRMS based untargeted metabolomics workflows have been developed for the analysis of uniformly 13C labeled metabolites with a high isotopic enrichment degree (i.e. >97%). Both workflows have been realized in close cooperation with bioinformaticians and comprise all steps beginning from cultivation, sample preparation, LC-HRMS analysis to data processing and statistical evaluation. The first workflow facilitates the unbiased annotation of the global metabolome and LC-HRMS/MS analysis for structure elucidation. The workflow was exemplified with various U-13C labeled organisms and resulted in the comprehensive detection of truly biology derived compounds. The second workflow has been developed for the study of the metabolic fate of exogenous and endogenous tracer substances in biological systems. To this end, the detoxification of the mycotoxin deoxynivalenol in planta as an exogenous tracer and U-13C labeled phenylalanine (>99%) as an endogenous tracer have been studied separately. For both studies, only tracer derived biotransformation products many of which not known before have been found, demonstrating the advantages of this approach. The concepts of both presented SIL assisted workflows can be easily adopted for a wide range of different applications and therefore show a high potential to be used in various other research fields.