Analýza dat hmotnostní spektrometrie

Hmotnostní spektrometrie (mass spectrometry, MS) je technika používaná pro charakterizaci proteomu v biologickém vzorku (plasma, sérum, ...). Je založena na  rozdílné hmotnosti peptidů a proteinů. Hmotnostní spektrometr je separuje na základě poměru hmotnosti k náboji (anglicky mass to charge ratio – m/z, jednotka Dalton), který je specifický pro každou molekulu (viz obrázek níže).

Existuje velké množství spektrometrů, ale všechny jsou složeny ze tří hlavních částí:

Iontový zdroj (ion source), analyzér hmotnosti (mass analyzer) a detektor:

Aby mohl být peptid/protein separován na základě náboje a hmotnosti, musí náboj teprve získat. To se děje v iontovém zdroji, kde se protein ionizuje a získává náboj. Pak prochází analyzérem hmotnosti, kde se na základě různých metod tyto proteiny separují a nakonec dorazí do detektoru, kde se detekuje. Data zaznamenána na detektoru jsou pak zobrazeny jako křivka intensit k m/z náboji, která tvoří zároveň základní data pro analýzu. Čím více peptidů/proteinů pro danou m/z detektor detekuje, tím vyšší bude intensita.

Obrázek výše ukazuje pod každou částí spektrometru seznam různých typů přistrojů, které mohou být použity. Jedním z nejčastěji používaných systémů separace iontů je time-of-flight spektrometrie, kterou si popíšeme v další kapitole.

Speciálním případem hmotnostní spektrometrie je tzv tandemová hmotnostní spektrometrie, značená jako MS/MS nebo MS², ve které dochází po první separaci dle m/z k další fragmentaci proteinů, které se pak znovu ionozují, separují a až pak detekují.  Tato dvojitá spektrometrie může proběhnout buď s pomocí dvou hmotnostních analyzátorů, nebo jedním analyzátorem, ale oddělením v čase. V jedné z dalších kapitol si představíme blíže techniku LC-MS/MS.

Obecně existují dva hlavní přístupy analýzy proteínového složení biologického materíálu s pomocí hmotnostní spektrometrie. Prvním, rozšířenejším je tzv. bottom-up proteomika, ve které se proteíny nejdřív naštěpí na peptidy a ty se analyzují pomoci dvoukrokové (dvoudimenzionální) hmotnostní spektrometrie (mass spectrometry nebo MS): (i) V prvním kroku se získaji intensity jednotlivých peptidů; (ii) v druhém kroku pak na základě porovnání naměřeného fragmentačního spektra peptidů s databází peptidy identifikujeme.

Opačný přístup představuje top-down proteomika. Zde se analyzují intaktní (celé) proteiny opět v dvou MS analýzach - nejdřív celé proteiny, pak dochází ke jejich fragmentaci - sem patří právě tandemová hmotnostní spektrometrie.