HC 10 - Introduction to Metabolomics

Question 1

Wat is metabolomics?

Answer 1

Detectie en kwantificatie van alle metabolieten in biologische samples

Question 2

Hoe onderscheiden we proteomics met metabolomics?

Answer 2

<1500 Da : metabolomics: identificatie en kwantificatie van de kleine moleculen

Question 3

Lipidomics is een subdeel binnen metabolomics, welke onderscheiden zijn er?

Answer 3

Apolaire moleculen, amphipathic moleculen, polaire moleculen.

Question 4

Hoeveel metabolieten zijn er bekend (ongeveer)?

Answer 4

114,000

Question 5

Metabolieten hebben verschillende oorsprongen: welke?

Answer 5

endogeen (metabolisme) of exogene bron (medicijnen, voedselm microbioom, cosmetica, vervuiling, plastics)

Question 6

Voordelen en nadelen van metabolomics met massaspectrometrie

Answer 6

Voordelen
- hoge analytische sensiviteit
- bredere survey van metabolieten
Nadelen
-Identificatie is lastig
-Isotopische standaarden nodig voor kwantificatie

Question 7

Wat houdt massaspec in?

Answer 7

Bepaling van de massa van atomen en moleculen door het meten van gevormde ionen die worden versneld en gedeflecteerd door elektrische en magnetische velden

Question 8

Wat is Nuclear Magnetic Resonance (NMR)?

Answer 8

Een magnetische spin van sommige nuclei > binnen magnetisch veld absorberen en emitteren deze nuclei radiofrequentiegolven
> de chemische omgeving van de nucleus (het molecuul) bepaalt de exacte frequentie van resonantie

Question 9

Voordelen en Nadelen NMR

Answer 9

Voordelen
-Nondestructief
-Kan in vivo
-Relatief makkelijk voor identificatie
-Kwantificatie zonder standaarden
Nadelen
-Lage analytische sensiviteit
-Alleen abudante metabolieten

Question 10

Type metabolomics qua specificiteit

Answer 10

-Targeted
-Non-targeted

Question 11

Kenmerken targeted metabolomics

Answer 11

-Makkelijker toe te passen, maar biased

Question 12

Kenmerken non-targeted metabolomics

Answer 12

Unbiased, maar technisch lastig en risico op te veel onbekendheden door lastige kwantificatie.

Question 13

Waarom wordt metabolomics toegepast?

Answer 13

Metabolieten zijn:
-directe kenmerken van biochemische activiteit
-geëxporteerd van cellen en kunnen in lichaamsvloeistoffen gemeten worden

Question 14

Applicaties metabolomics

Answer 14

-Klinisch: ziekten, biomarker ontdekking, voeding
-R&D: onderzoeken fenotypische effecten mbv knockout en cellijn e.d.

Question 15

Kenmerken van genetisch metabole ziekten

Answer 15

-Metabolieten als diagnostische biomarkers voor errors
-Mendelian

Question 16

De meest voorkomende detectie bij hielprik is PKU. Wat is dit?

Answer 16

Een fenylalanine stapelingsziekte wat leidt tekort aan tyrosine
> deficiency van hydroxylase
» hersenschade en progressieve verlammingen en cognitieve achteruitgang
> neonatale screening

Question 17

Wanneer wordt er voor genetisch metabole ziekten gescreend?

Answer 17

Als ervoor behandeld kan worden

Question 18

Wat is het metabotype?

Answer 18

Het individuele profiel van metabolieten
> afhankelijk van exogene factoren (omgeving) en endogene factoren (genotype). Dit is een betere reflectie van het klinische fenotype

Question 19

Uitdagingen in metabolomics

Answer 19

-Verschil in abundantie en concentratie
-Hydrofobiteit
-Lading
-Moleculair gewicht

Question 20

Oplossing voor problemen met metabolomics als lading en gewicht en abundantie

Answer 20

Scheidingen

Question 21

Wat zijn Hyphenated technieken in MS en noem deze.

Answer 21

Het zijn extra voorscheidingen, want het gehele metaboloom in 1 keer meten gaat niet
-Gaschromatografie
-Vloeistofchromatografie
-Capillair elektroforese

Question 22

Noem de onderdelen van een massaspectrometer en de typen

Answer 22

-Ionisatie
>ESI
>MALDI
-Massascheiding
>Quadrupole
>TOF
>Ion traps
-Detectie

Question 23

Wat meet MS en wat zijn 3 belangrijke stappen

Answer 23

Het meet de m/z
1. Convertion to gas-phase ions and into vacuum
2. ions are seperated according to m/z by electromagnetic fields
3. ions are detected and signal is processed to mass spectrum

Question 24

Soft ionization: ESI

Answer 24

Je wilt oplosmiddel kwijtraken
> met hitte of stikstofgas en lading met hoog voltage op een naald zetten en steeds kleinere druppels maken totdat alle vloeistof weg is en de moleculen in gasfase zitten
> alleen nog hitte en gas toevoegen aan de spray die ontstaat door geladen naald om ionisatie compleet te maken
> + of -

Question 25

MALDI

Answer 25

Voor spatial metabolomics: een laser op een matrix met de targets en door de laser de excitatie en de lading meegeven en per pixel een analyse voor spatiale informatie

Question 26

Massafilters: quadrupole, orbitrap en TOF

Answer 26

Quadrupole
-lage resolutie: selectie en fragmentatie
Orbitrap
-Accumulatie van ionen
-metabolieten identificatie met hoge resolutie
-moleculen volgen bepaald pad om de orbitrale unit die karakteristieken geeft.
-Frequentie van rotatie is gecorreleerd aan de massa
TOF
-retentietijd meten na excitatie om tegen detector te komen
-Hoge resolutie, en die stijgt met de lengte van de vluchtbuis

Question 27

Welke filters heeft een massaspectrometer meestal

Answer 27

Eerst een quadrupole voor de voorselectie van massa’s met keuze van een window en daarna een hoge resolutie filter

Question 28

Wat houdt resolutie in?

Answer 28

De mogelijkheid om twee delen te onderscheiden

Question 29

Hoe worden ionen gefragmenteerd bij massaspec?

Answer 29

Door gas en druk

Question 30

Eerste scheidingen van bestandsdelen

Answer 30

Sample 1 voor apolair/amphipathic en sample 2 voor polair
-Sample 1
> Normal phase LC voor amphipathic – scheiding + en - (pos en neg)
> Reverse phase LC voor apolaire metabolieten – + en - scheiding
-Sample 2
>cHILIC LC – daarna + en - scheiding

Question 31

Zijn anionische polaire metabolieten belangrijk in het centrale metabolisme?

Answer 31

JA > glycolyse, TCA cycle, nuceotides etc

Question 32

cHILIC LC

Answer 32

Met een erg polaire kolom: ZIC-cHILIC kolom die is positief geladen, specifiek voor polaire compounds.
> maken chromatogram met verschillen intensiteit
> apolaire mobiele fase

Question 33

Hoe kan de dynamic range worden vastgesteld?

Answer 33

Via een Two Day Stability Test

Question 34

Hoeveel metabolieten zijn te meten per run?

Answer 34

250

Question 35

In-source fragmentatie (probleem)

Answer 35

Stukjes van moleculen worden kapotgemaakt, bijvoorbeeld ipv een ATP krijg je een ADP en een P te zien en de ADP piek ligt recht onder de ATP piek, want ongeveeer gelijke massa.

Question 36

Probleem met isomeren en isoberen

Answer 36

Die hebben gelijke massa > bv allemaal isomeren van glucose-1P (de hexose-P isomeren) > alleen glucose-6P is te onderscheiden bij LC.

Question 37

Oplossing bij isomeren/baren metabolieten:

Answer 37

Ion mobility scan: verschillend door de kolom brengen: extra dimensie
> tijd, massa en mobility as
> hydroxy groep net op een andere plek bij de hexose-P metabolieten

Question 38

Met lipidomics via Reverse Phase LC en Normal Phase LC en ladingsscheiding zijn 2500 lipideklassen te onderscheiden. Hoe wordt een klein verschil in retentietijd van dezelfde moleculen per sample gecorrigeerd?

Answer 38

Via bioinformatic pipeline
> clusterherkenning
> verschillen tussen de controles en de patiënt of de proefgroep

Question 39

Hoe weet je welke vetzuurstaarten aan de lipiden zitten bij lipidomics?

Answer 39

Doen 4D lipidomics
> MS/MS info na fragmentatie
> Ion mobility meten

Question 40

Wat doet de PASEF modus op TOF?

Answer 40

Het verhoogt het aantal MS/MS scans

Question 41

Verschil 3D en 4D lipidomics

Answer 41

3D meet op
-Retentietijd (TOF)
-Massa
-Ion mobiliteit (CCS)
4D ook nog op
-MS/MS informatie (uit fragmentspectra)

Question 42

Wat wordt vaker gebruikt: NMR of MS?

Answer 42

Massaspectrometrie (MS)

Question 43

Waarvoor worden targeted en untargeted metabolomcis gebruikt

Answer 43

Targeted: target een pathway of klasse metabolieten
Untargeted: hypotheses maken

Question 44

welk type metabolomics heeft het meeste ruwe data om te bioinformatic processen

Answer 44

Untargeted