Molecular Formula Identification using High Resolution Mass Spectrometry : Algorithms and Applications in Metabolomics and Proteomics

Pervukhin, Anton GND

Wir untersuchen mehrere theoretische und praktische Aspekte der Identifikation der Summenformel von Biomolekülen mit Hilfe von hochauflösender Massenspektrometrie. Durch die letzten Forschritte in der Instrumentation ist die Massenspektrometrie (MS) zur einen der Schlüsseltechnologien für die Analyse von Biomolekülen in der Proteomik und Metabolomik geworden. Sie misst die Massen der Moleküle in der Probe mit hoher Genauigkeit, und ist für die Messdatenerfassung im Hochdurchsatz gut geeignet. Eine der Kernaufgaben in der MS-basierten Proteomik und Metabolomik ist die Identifikation der Moleküle in der Probe. In der Metabolomik unterliegen Metaboliten der Strukturaufklärung, beginnend bei der Summenformel eines Moleküls, d.h. der Anzahl der Atome jedes Elements. Dies ist der entscheidende Schritt in der Identifikation eines unbekannten Metabolits, da die festgelegte Formel die Anzahl der möglichen Molekülstrukturen auf eine viel kleinere Menge reduziert, die mit Methoden der automatischen Strukturaufklärung weiter analysiert werden kann. Nach der Vorverarbeitung ist die Ausgabe eines Massenspektrometers eine Liste von Peaks, die den Molekülmassen und deren Intensitäten, d.h. der Anzahl der Moleküle mit einer bestimmten Masse, entspricht. Im Prinzip können die Summenformel kleiner Moleküle nur mit präzisen Massen identifiziert werden. Allerdings wurde festgestellt, dass aufgrund der hohen Anzahl der chemisch legitimer Formeln in oberen Massenbereich eine exzellente Massengenaugkeit alleine für die Identifikation nicht genügt. Hochauflösende MS erlaubt die Bestimmung der Molekülmassen und Intensitäten mit hervorragender Genauigkeit. In dieser Arbeit entwickeln wir mehrere Algorithmen und Anwendungen, die diese Information zur Identifikation der Summenformel der Biomolekülen anwenden.

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Pervukhin, Anton: Molecular Formula Identification using High Resolution Mass Spectrometry. Algorithms and Applications in Metabolomics and Proteomics. 2010.

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