Überblick

Die GC-MS-Metabolomik koppelt die Gaschromatographie mit der Massenspektrometrie zur Analyse flüchtiger und halbflüchtiger Metabolite. Da die meisten Metabolite bei GC-kompatiblen Temperaturen nicht flüchtig sind, ist eine chemische Derivatisierung erforderlich — typischerweise ein zweistufiger Prozess aus Methoximation gefolgt von Silylierung — um polare funktionelle Gruppen in flüchtige, thermisch stabile Derivate umzuwandeln. GC-MS bietet mehrere Vorteile für die Metabolomik: hoch reproduzierbare Retentionszeiten, gut charakterisierte Fragmentierungsmuster und umfangreiche kommerzielle und öffentliche Spektrenbibliotheken (wie NIST und Golm Metabolome Database), die die Metabolitenidentifizierung erleichtern.

Methoden

Die Derivatisierung erfolgt in zwei Schritten. Die Methoximation mit Methoxyaminhydrochlorid schützt Carbonylgruppen und reduziert die Anzahl tautomérer Formen. Die Silylierung mit N-Methyl-N-(trimethylsilyl)trifluoracetamid (MSTFA) ersetzt aktive Wasserstoffatome an Hydroxyl-, Amin- und Carboxylgruppen durch Trimethylsilylgruppen und erhöht so die Flüchtigkeit. Die Trennung erfolgt auf Quarzglas-Kapillarsäulen mit unpolaren stationären Phasen unter Verwendung programmierter Temperaturgradienten, um Metabolite über einen weiten Flüchtigkeitsbereich zu eluieren. Die Elektronenionisation bei 70 eV erzeugt hoch reproduzierbare Fragmentierungsspektren, die in Referenzbibliotheken durchsucht werden können. Dekonvolutions algorithmen wie AMDIS lösen koeluierende Verbindungen auf, indem sie Reinsubstanzspektren aus dem Gesamtionenstrom extrahieren.

Anwendungen

Die GC-MS-Metabolomik ist eine etablierte Plattform, die in der Pflanzenmetabolomik, mikrobiellen Metabolomik und klinischen Diagnostik angeborener Stoffwechselerkrankungen umfassend eingesetzt wird. Sie ist die Methode der Wahl für die organische Säureprofilierung im Urin und für die Analyse von Intermediaten des zentralen Kohlenstoffstoffwechsels. Die Technik ergänzt die Theorie der Gaschromatographie mit der Massenspektrometrie-Detektion. Sorgfältige Probenvorbereitungstechniken sind für eine reproduzierbare Derivatisierung und genaue Quantifizierung unerlässlich.