Масс-спектрометры: принцип работы, назначение, возможности

Масс-спектрометры представляют собой вакуумные приборы, определяющие массы атомов (молекул). Аппараты используют физические законы движения заряженных частиц в электрических и магнитных полях для получения масс-спектра.

Настольный Microflex™ LT MALDI-TOF для определения масс биомолекул >>

В клинической микробиологии этот прибор позволяет с высокой точностью определить количественный и качественный состав вещества, его структуру, физико-химические реакции. В частности, масс-спектрометры используются для:

• идентификации микроорганизмов в биологических средах — мицелиальных грибов, дрожжей, грамположительных и грамотрицательных бактерий,
• видового типирования бактерий — выявления их родовой и видовой принадлежности,
• определения чувствительности микроорганизмов к антибиотикам,
• создания генетического паспорта человека.

Подобные исследования имеют огромное значение как для решения практических проблем микробиологии, так и общего развития этой отрасли медицины.

Устройство и принцип работы масс-спектрометра

Современные масс-спектрометры состоят из нескольких устройств:

• источника ионов — преобразует составляющие неорганического или органического вещества — нейтральные молекулы и атомы — в заряженные частицы — ионы,
• микробиологического анализатора — разделяет заряженные ионы по времени пролета в масс-спектрометре определенного расстояния,
• детектора — фиксирует сигнал ионов.

Уникальная система MALDI-TOF позволяет получить данные максимальной точности. MALDI (матрично активированная лазерная десорбция/ионизация) представляет собой «мягкий» способ ионизации. Вспомогательная матрица снижает разрушительные свойства лазерного излучения, что обеспечивает ионизацию крупных биомолекул без деградации.

TOF — Time of Flight — принцип работы анализатора масс-спектрометра. Он фиксирует время пролета заряженными частицами конкретного расстояния и разделяет ионы по этому фактору. Время пролета при этом пропорционально отношению массы частицы к ее заряду.

Применение системы MALDI-TOF BioTyper дает возможность тщательного и достоверного анализа вирусных штаммов, полиморфизмов, пептидов, полимеров. Сегодня этот метод является наиболее эффективным. Он позволяет с высокой вероятностью определить риск развития наследственных заболеваний, выявить наиболее эффективные пути лечения различных патологий, расширить круг известных медицине возбудителей болезней.

Идентификация и видовое типирование микроорганизмов с помощью масс-спектрометра

Масс-спектрометры одинаково эффективно работают с различными типами анализируемых образцов:

• питательными средами,
• биологическими образцами,
• гемокультурами.

Осуществляемые масс-спектрометром идентификация и видовое типирование дают возможность выявить бактерии, дрожжи и грибы, а также оценить иммунную реакцию организма на их присутствие. В области клинической диагностики эта задача является одной из наиболее сложных.

Для анализа используется уникальная современная методика MALDI-TOF. Она обладает гораздо более высокой достоверностью по сравнению с другими способами диагностики. К примеру, такой подход позволяет различить несколько десятков видов распространенных грибов Candida. В процессе измерений выводится спектр константных белков неизвестных микроорганизмов, в дальнейшем сравниваемый с базой данных. Эти сведения необходимы для определения родовой и видовой принадлежности бактерий.

Определение чувствительности к антибиотикам

Помимо идентификации и типирования микроорганизмов, масс-спектрометры позволяют определить их чувствительность к антибиотикам. С помощью этого прибора специалисты могут регистрировать изменения в реакции среды на то или иное вещество. Такая технология дает возможность выявить ряд наиболее эффективных препаратов для лечения конкретных видов бактерий.

MALDI-TOF — система имеет огромное практическое значение. В том числе, спектрометрия может стать эффективным инструментом сокращения числа заболеваний, передающихся половым путем. Сегодня масс-спектрометры активно применяются в медицине для идентификации и определения чувствительности к антибиотикам возбудителей хеликобактериоза. Бактерия Helicobacter является основной причиной развития заболеваний желудочно-кишечного тракта: язв, гастрита, рака. Использование технологии MALDI-TOF в перспективе поможет значительно продвинуться в лечении этих болезней.

Создание генетического паспорта и его значение

Благодаря масс-спектрометрии по системе MALDI-TOF сегодня возможно создание генетического паспорта человека. Он имеет огромное значение как в практическом, так и и научном отношении.

Генетический паспорт представляет собой индивидуальную генетическую карту, получаемую с помощью масс-спектрометра. Прибор позволяет выявить олигонуклеотидные полиморфизмы. Эти клетки являются точечными заменами нуклеотидов в составе ДНК человека. По наличию таких наследуемых генетических аллелей можно судить о величине риска развития заболеваний под действием различных факторов.

Материалом для составления генетического паспорта является венозная кровь пациента. В качестве объекта исследования используется выделенная из нее ДНК. Процедура осуществляется в несколько этапов:

• ПЦР-амплификация ДНК,
• инактивация дезокситрифосфатов, очистка продуктов реакции,
• минисеквенирование, терминирование синтеза мононуклеотидных полиморфизмов,
• очистка полученных продуктов, подготовка к масс-спектрометрии,
• исследование с помощью масс-спектрометра,
• анализ результатов.

На выходе специалисты получают для оценки масс-спектры продуктов минисеквенирования, по пикам которых можно судить о нуклеотидном контексте. Составленный на основе этих данных генетический паспорт позволит с высокой вероятностью прогнозировать развитие наследуемых патологий. В области терапии это открывает большие возможности для профилактики, торможения и купирования заболеваний. В научном смысле методика масс-спектрального анализа является значительным прогрессом в развитии медицины и микробиологии в частности.

Масс-спектрометры на основе системы MALDI BioTyper

Компания Bruker Daltonics представляет несколько серий современных масс-спектрометров для микробиологических лабораторий. Каждый прибор создан на основе инновационных технологий. Оборудование удовлетворяет потребностям фармацевтических компаний, институтов, специализирующихся на протеомных, микробиологических исследованиях.

Серия MALDI-TOF масс-спектрометров autoflex™ speed обладает высочайшей производительностью и оптимизирована к:

• рутинному использованию для подробного анализа пептидов и полимеров,
• разработки передовых областей микробиологии — идентификации микроорганизмов, анализа гликанов, визуализации в тканях.

В системе применен бессеточный ионный источник MALDI Perpetual™ с панорамным разрешением и возможностью самоочистки. Он позволяет получать уникальные и достоверные результаты исследований в широком диапазоне масс, не требуя дополнительной настройки. Такое оборудование обеспечивает результативность любых протеомных проектов, высокую скорость получения и обработки данных. В систему включены:

• источник ионов,
• модифицированный лазер твердотельный на основе технологии smartbeam™ ,
• TOF — анализатор,
• система обработки данных и управления (ОС, лазерный принтер, ЖК-монитор, программных пакет Compass™ for Flex).

Для широкого круга приложений — клинических, исследовательских и протеомных — могут использоваться новые MALDI-TOF/TOF масс-спектрометры серии ultrafleXtreme™. В числе его преимуществ — сверхвысокое разрешение, большая скорость сбора данных, уникальная гибкость архитектуры. В устройстве реализована новая опция MALDI-TDS. На сегодня эта технология обладает наибольшей эффективностью для секвенирования рекомбинантных белков.

Идеальным решением для оснащения лаборатории, занимающейся клинической протеомикой, микробиологией, функциональной геномикой станут настольные MALDI-TOF масс-спектрометры серии microflex™. Их отличают:

• высокая чувствительность,
• достоверное определение олигонуклеотидов и биомаркеров,
• подробный анализ малых молекул и полимеров,
• инновационная скорость и точность идентификации и видового типирования микроорганизмов.

Такая система оптимальна для решения основных задач лаборатории. Компактные настольные приборы работают в линейном режиме и обладают высокой производительностью. Устройствя состоят из источника ионов, TOF-анализатора и азотного лазера.

Bruker Daltonics является одним из ведущих мировых производителей оборудования для оснащения клинических, микробиологических лабораторий. Масс-спектрометры, представленные нашей компанией, обладают уникальной производительностью для выполнения широкого круга исследований. Применение инновационных технологий гарантирует высокую эффективность каждого прибора.

Использование качественных и надежных масс-спектрометров значительно расширяет круг возможностей исследовательской лаборатории. С помощью современных систем масс-спектрального анализа возможно эффективное решение множества конкретных задач медицины — от идентификации микроорганизмов до определения препаратов для лечения. В научном плане применение такого оборудования увеличивает потенциал отрасли для развития медицины в целом.