Skoltech masių spektrometrijos laboratorijai vadovauja Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas
Kas yra gyvenimo procesų kūrimo esmė
DNR yra ilga polimero grandinė, kurioje kaupiama informacija apie tai, kaip kūnas turėtų atrodyti ir veikti.Tai yra, kuo mes skiriamės nuo kitų rūšiųir kuo du tos pačios rūšies individai skiriasi vienas nuo kito. Šios molekulės lemia mūsų unikalumą. Pateiksiu pavyzdį: vikšras ir drugelis, į kurį jis įauga. Ar manote, kad jų DNR molekulės skiriasi ar vienodos? Tiesą sakant, teisingas atsakymas yra: tas pats. Genetinė informacija per gyvenimą niekaip nesikeičia. Tiesą sakant, kodėl galiausiai skiriasi vikšrai ir drugeliai? Nes ne visa DNR saugoma informacija realizuojama vienu metu. Įgyvendinimas vyksta per transkripcijos procesą, dėl kurio, nuskaičius atskirus genus, pasiuntinio RNR leidžia sintezuoti baltymus.
Baltymai yra universalios molekulinės mūsų kūno mašinos, atliekančios skirtingas funkcijas: nuo konstrukcijos iki reguliavimo.Vienas iš pasenusių gyvenimo apibrėžimų yratvarkingas baltymų molekulių egzistavimas ir sąveika. Tačiau problema ta, kad baltymų molekulės taip pat yra didelės. Baltymai taip pat yra polimero molekulės, kurių molekulinė masė yra didelė: paprastai nuo 10 iki kelių šimtų kilodaltonų. O statyti ant jų pagrindinius gyvybės procesus yra gana problematiška, nes jie gana jautrūs temperatūros pokyčiams ir išorinei aplinkai. Ir tikriausiai todėl beveik visi gyvybiškai svarbūs procesai ląstelėje realizuojami per mažas molekules. O mažų molekulių virsmą vienos į kitą jau valdo baltymai. Šių mažų molekulių molekulinė masė yra nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų kilodaltonų. Visos mažos molekulės, esančios gyvame organizme, vadinamos metabolitais.
1 daltonas arba 1 atominės masės vienetas (amu)- ekstrasisteminis masės vienetas, naudojamas molekulių, atomų, atomų branduolių ir elementariųjų dalelių masėms.
1 a. vienetų = 1,660 539 066 60 (50) ~ 10−27 kg.
Pirminiai metabolitai yra cheminės medžiagos, kurių yra visose kūno ląstelėse ir kurios yra būtinos gyvybiniams procesams palaikyti.Visos polimerų molekulės, baltymai irnukleino rūgštys. Šie metabolitai yra vienodi visoms vieno organizmo ląstelėms. Gyvenimo metu metabolitai virsta vienas kitu, pavyzdžiui, energijos perdavimo tikslu. Ir šie virsmo keliai – transformacijos grandinės – vadinami medžiagų apykaitos keliais.
Krebso ciklas arba trikarboksirūgšties ciklas yra atsakingas už ląstelių kvėpavimo procesą.
Skirtingi žmogaus kūno metabolizmo keliai susikerta, tai yra, jie turi bendrų dalyvių.Taigi visi procesai, vykstantys su metabolitais, yra tarpusavyje susiję.
Antriniai metabolitai yra medžiagos, kurios nebūtinos visoms ląstelėms užtikrinti jų gyvybines funkcijas.Paprastai jie naudojami prisitaikant prie sąlygųišorinė aplinka. Pavyzdžiui, kavos augalai gamina kofeiną, kad apsaugotų savo lapus nuo kenkėjų. Jie yra toksiški vabalams, valgantiems kavos augalų lapus. Bet jei kažkaip pašalinsime iš augalo visą kofeiną, jis gyvuos ir toliau. Jokie gyvybiniai procesai nebus sutrikdyti. Antras pavyzdys – antibiotikai. Jūs žinote, kad penicilinas yra pirmasis antibiotikas ir jis buvo visiškai atsitiktinai išskirtas iš pelėsių, o tai sukėlė revoliuciją medicinoje. Pelėsiai naudoja peniciliną, kad išvalytų savo gyvenamąją erdvę. Jis nekenksmingas pirminiam organizmui, tačiau toksiškas kitiems mikroorganizmams. Tiesą sakant, žmonės šią savybę naudoja įvairioms bakterinėms infekcijoms gydyti. Dėl to, kad žmonės aktyviai vartoja augalus kaip maistą, mūsų organizmas yra tankiai apgyvendintas įvairių mikroorganizmų, formuojančių mikroflorą. Šios medžiagos yra antriniai ne tik paties žmogaus, bet ir gyvų organizmų metabolitai, kurie neišvengiamai patenka į mūsų organizmą.
Natūralus filtras ir kodėl jis neteisingas
Ksenometabolitai yra antibiotikai, junginiai, kurie nėra susiję su gyvų organizmų veikla.Paprastai tai yra kažkas, ką žmogus gavodirbtinai įvairiems tikslams. Pavyzdžiui, vaistai, maisto priedai, maisto papildai, dopingas, vaistai, tabako degimo produktai, alkoholis ar higienos prekės, buitinė chemija, ekotoksinės medžiagos. Tai irgi mažos molekulės, kurios į organizmą patenka ir tyčia, vartojant vaistus, ir netyčia. Pavyzdžiui, išsivalėte dantis, nurijote dantų pastą – ir taip į jūsų sistemą pateko naujos cheminės medžiagos. Ir daugelis šių medžiagų gali turėti tam tikrą poveikį mūsų organizmui, net ir labai mažomis koncentracijomis. Be to, šis poveikis gali būti teigiamas arba neigiamas arba skirtis priklausomai nuo šios medžiagos kiekio.
Kepenys yra pirmoji kliūtis patekti į sisteminę kraujotaką pašaliniams chemikalams.Jis bando išfiltruoti molekules, kuriosorganizmas bus pažeistas ir juos pašalins, neleisdamas jiems toliau per kraują patekti į organus. Kepenys turi daug filtravimo mechanizmų, tačiau nė vienas iš jų neveikia 100%: kitaip nebūtų apsinuodijimo ir rimtų pasekmių vartojant bet kokius toksinus ar vaistus. Tačiau kepenys naudojasi tuo, kad mūsų kūnas didžiąja dalimi yra vanduo, tai yra, jas sudaro 80 procentų vandens. Todėl kepenys bando rūšiuoti molekules į hidrofilines, kurios tirpsta vandenyje, ir hidrofobines. Kepenys „mano“, kad jei medžiaga yra hidrofilinė, ji gali būti toliau išleista į sisteminę kraujotaką, nes tai neturėtų padaryti didelės žalos. O jei medžiaga yra hidrofobinė, tai su ja reikia ką nors daryti, kad ji toliau neišsiskirtų arba bent jau būtų hidrofiliškesnė.
Kepenys turi du mechanizmus – metabolines fazes.Pirmoje fazėje kepenys bandospecialūs citochromo P450 šeimos baltymai ir fermentai oksiduoja šias medžiagas. Dėl oksidacijos pakinta molekulės struktūra ir ji gali tapti hidrofiliškesnė. Tada kepenys gali išleisti šiuos metabolitus į kraują arba bandyti juos pašalinti per inkstus per šlapimą arba per žarnas. Jei tai nepadeda, kepenys gali ant šių oksiduotų molekulių „siūti“ paruoštas, garantuotai vandenyje tirpias molekules.
Kepenų metabolizmas padidina mažų molekulių, kurios gali patekti į mūsų kūną, įvairovę.Pavyzdžiui, oksidacijos stadijoje teoriškai iš vienos molekulės susidaro daugiau nei 500 skirtingų naujų molekulių; neįmanoma numatyti, kurios iš jų susidaro, o kurios ne.
Begalinė abėcėlė: kodėl taip sunku tirti metabolitus
Nukleorūgštys gali būti vaizduojamos kaip penkių raidžių abėcėlė, iš kurios sukonstruota didelė teksto eilutė.Taip, žinoma, raidžių seka šiojelinija gali būti gana chaotiška, nors per gyvenimą DNR nesikeičia, o tiesiog nukopijuoja. Taigi turime tam tikrų apribojimų, kokia bus ši eilutė. Baltymų atveju situacija yra šiek tiek sudėtingesnė: abėcėlėje jau bus 20 raidžių, tai yra 20 aminorūgščių, iš kurių gaminami baltymai, tačiau tai taip pat atsitinka netyčia. Todėl, tyrinėtojo požiūriu, šie objektai taip pat gana panašūs vienas į kitą. O metabolitų atveju itin problemiška išskirti bet kurią abėcėlę: iš tikrųjų tai yra visa periodinė lentelė. O tarp formavimosi taisyklių – tik valentingumo taisyklė. Be to, yra anglies chemijos ypatybė, leidžianti dviem anglies atomams susijungti vienas su kitu ir vėliau pridėti neribotą anglies atomų ar kitų atomų skaičių iš periodinės lentelės, todėl susidaro didžiulė tokių molekulių cheminė įvairovė.
Norint ištirti tokias mažas molekules ir jų įvairovę, reikalingi specialūs metodai.Yra paprastų:pavyzdžiui, organoleptinė analizė, su kuria susidūrė kiekvienas, pasidaręs bendrą kraujo ar šlapimo tyrimą ir matęs, kad kryptimi yra linija „kvapas, spalva“. Kai tirpale reikia rasti konkrečią molekulę, įlašinamas lašelis iš anksto parinkto reagento. Jei tirpale buvo molekulė, pasidarys dažymas, jei ne, atsiras tik nuosėdos. Tarp paprastų metodų taip pat yra optinė spektroskopija, kai galite naudoti mikroskopą, kad padarytumėte išvadas iš nuosėdų struktūros. Dabar gana populiarūs yra imunocheminiai metodai: tai tas pats ELISA testas COVID-19 nustatymui.
Omikos tyrimai yra tie tyrimai, kuriuose tiriama visa populiacija.Metabolomika reiškia didelių analizęduomenys, atspindintys visą mažų organizmo, ląstelės ar organo molekulių rinkinį. Šių duomenų rinkinys įvairiais skaičiavimais skiriasi nuo kelių tūkstančių, jei atsižvelgsime tik į pirminius metabolitus, iki kelių dešimčių tūkstančių, jei prie jų pridėsime žinomų augalų, bakterijų ir grybų antrinius metabolitus. Tiesą sakant, iki kelių šimtų milijonų, jei atsižvelgsime į visą cheminę įvairovę, kuri gali patekti į žmogaus kūną. O jiems tirti reikalingi specialūs metodai: branduolio magnetinio rezonanso (BMR) spektroskopija ir masių spektrometrija.
Per 80 metų BMR istoriją mokslininkai, dalyvaujantys šiuo metodu, gavo penkias Nobelio premijas.Keturi – už BMR, o penktoji – užmagnetinio rezonanso tomografija. Metodas šiek tiek skiriasi nuo BMR spektroskopijos, bet iš esmės labai panašus. BMR metodas pagrįstas tuo, kad kai kurie periodinės lentelės atomai turi nulinį magnetinį momentą. Jie yra maži magnetai ir gali sąveikauti su išoriniu magnetiniu lauku. Ši sąveika pasireiškia energijos lygių padalijimu. BMR metodas leidžia atskirti skirtingus atomus ir to paties elemento atomus, tačiau skirtingose aplinkose. Pastaruoju metu BMR praranda populiarumą, visų pirma dėl didelių sąnaudų.
Kaip iš sudėtingo mišinio pagaminti įkrautas daleles ir sužinoti jų sudėtį
Masių spektrometrija yra metodas, kaip atskirti įkrautas daleles sąveikaujant su elektromagnetiniu lauku.Jei paimtume kokį sudėtingą mišinį, susidedantį išskirtingų įkrautų dalelių, o beveik bet kurią molekulę šiuolaikiniais masių spektrometrijos metodais galima paversti įkrauta forma, pridedant prie jos protoną arba pašalinus iš jo protoną ir šiam mišiniui pritaikius elektromagnetinį lauką, tada prasidės dalelės šiame lauke. judėti ir jie turės arba greitį, arba trajektoriją, priklausomai nuo masės. Lengvosios dalelės į detektorių pateks anksčiau nei sunkiosios. Apdorojus detektoriaus duomenis, gaunamas masės spektras, kuriame išilgai Y ašies bus signalo intensyvumas, proporcingas jonų skaičiui, o išilgai X ašies - masė joniuose, tiksliau, masės ir krūvio santykis. Be to, masės spektrometrija leidžia išmatuoti masę labai tiksliai. Tai reiškia, kad galima vienareikšmiškai nustatyti jono, įkrautų dalelių ar molekulės, iš kurios jis susidarė, elementinę sudėtį. Matematiškai tai vadinama Diofanto lygties išsprendimu sveikaisiais skaičiais: iš tikrųjų tai yra koeficientų pasirinkimas šalia kiekvieno atomo: m(C), m(H), k(O), z(N). Ir tik vienas sveikųjų skaičių m, n, k, z derinys gali duoti masės spektrometru išmatuotą masę.
Masės spektrometrijos metodą XX a. Pradžioje pasiūlė Thompsonas.Mokslininkai surinko pirmąjį pasaulyje masės spektrometrą irsu jo pagalba padarė didelį atradimą: eksperimentiškai patvirtino izotopų egzistavimą. Kita vertus, jis negalėjo teisingai interpretuoti savo rezultatų. Už jį tai padarė jo mokinys Williamas Astonas: 1922 metais už šį atradimą jis gavo Nobelio premiją. XX amžiuje dėl daugybės pasaulinių karų masės spektrometrija tapo kariuomenės metodas. Savo kūrimo pradžioje jis rado pagrindinį pritaikymą branduolinėje pramonėje. Kadangi masės spektrometrija gali atskirti medžiagas pagal masę ir nustatyti izotopus, ji gali būti naudojama izotopams, tokiems kaip uranas, atskirti. Už masių spektrometriją buvo įteiktos dar dvi Nobelio premijos: 1989 metais – Wolfgangas Paulas ir Hansas Dehmeltas, o paskui 2002 metais – tikrą revoliuciją savarankiškai įvykdė Johnas Fennas ir Kaishi Tanaka. Jie pasiūlė savo metodą, leidžiantį gauti įkrautą dalelę iš didelės polimero molekulės: iš baltymų arba iš nukleorūgščių, jos nesunaikinant. Tai davė impulsą studijoms. Dabar ne viena laboratorija – biocheminės ar molekulinės biologijos laboratorija – negali veikti be nuosavo masės spektrometro ar be gerai įrengto bendro naudojimo centro institute.
Nustatę jonų masę, galime nustatyti tik elementinę sudėtį, bet ne molekulių struktūrą.Nes viena skirtingų struktūrų elementinė kompozicija gali atitikti didžiulį skaičių. Tai yra, atomai molekulėje gali būti išdėstyti įvairiais būdais. Tai vadinama izomerizmo reiškiniu.
Masių spektrometrai sugalvojo metodą, leidžiantį gauti šiek tiek daugiau informacijos apie molekulės struktūrą: skriejančių pagreitintų molekulių kelyje pastatoma tam tikra kliūtis.Paprastai tai yra dujų molekulės.Kai molekulės susiduria su šiomis dujų molekulėmis, jos gali atsiskirti nuo susidūrimo. Ir tada masės spektrometras matuoja ne pradinės molekulės, o gabalų, į kuriuos ji suskilo, masę. Ir šis skilimas vyksta ne atsitiktinai, o išilgai silpniausių molekulės ryšių. Gauti fragmentai yra identiški ir yra molekuliniai pirštų atspaudai: unikalūs kiekvienai molekulei.
Chromatografija yra medžiagų atskyrimo būdas pagal jų sąveiką su sorbentais.Sorbentai yra kažkas, kas gali absorbuotiskitų cheminių medžiagų, o pati paprasčiausia yra aktyvuota anglis, kurią imame apsinuodiję. XX amžiaus pradžioje rusų mokslininkas Michailas Cvetas pademonstravo, kad jei tokie natūralūs dažai bus perpilami per koloną, užpildytą kreida, tada vietoj vienos didelės žalios išteptos dėmės gausite keletą įvairiaspalvių dėmių: nuo geltonos iki geltonos. žalias. Taigi jis, pirma, suprato, kad žalieji dažai iš lapų yra įvairių medžiagų mišinys. Ir, antra, jis atrado chromatografiją, už kurią 1952 m. Nobelio premija buvo apdovanoti kiti mokslininkai, pritaikę jo metodą kokia nors modernia forma. Šiuolaikinėje chromatografijoje mišinys leidžiamas per kolonėlę naudojant skystį arba dujas, priklausomai nuo chromatografijos tipo. Skystis „traukia“ molekules į priekį, link kolonėlės išėjimo, o sorbentas įvairiais būdais trukdo kiekvienai molekulei. Jie išeina iš stulpelio skirtingu laiku, kurį galima įrašyti ir naudoti kaip kitą piršto atspaudą identifikavimui.
Nuo smegenų skysčio tyrimo iki sauso kraujo metodo
Masės spektrometrija yra vienintelis šiuo metu galimas smegenų skysčio tyrimo metodas.Kai kuriais sudėtingais diagnozavimo atvejaissusirgimų, reikalinga punkcija, praduriamas stuburas ir paimamas smegenų skysčio mėginys. Tačiau bėda ta, kad vidutiniškai žmogus turi tik 120 ml smegenų skysčio. Ir šis skystis yra spaudžiamas, todėl išgėrus net 1 ml, šis slėgis labai paveikiamas ir gali sukelti negrįžtamų padarinių organizmui. Todėl iš tikrųjų galima paimti tik kelis mikrolitrus. Nė vienas iš esamų metodų, išskyrus masių spektrometriją, negali apdoroti tokių mažų mėginių kiekių, nes kuo mažesnis mėginys, tuo mažiau jame yra molekulių ir tuo jautresnė turi būti jūsų įranga. Tam dažniausiai pakanka masių spektrometrijos jautrumo. Po paėmimo mėginys pašalinamas iš mechaninių inkliuzų ir baltymų, kad būtų išvengta įrangos gedimų. Po analizės rezultatas apdorojamas kompiuteriu ir gaunamas „ypatybių sąrašas“: išvestis yra maždaug 10–15 tūkstančių eilučių. Stulpeliai sukuria formulę, kurią apibrėžiame tiksliai masę, intensyvumą, kuris yra proporcingas tos molekulės kiekiui, ir „pirštų atspaudus“.
Pats tiesiausias šio taikymo būdasmetabolomikos masės spektrometrijos eksperimentas – lyginant sergančius ir sveikus žmones, siekiant nustatyti, kurios molekulės atsiranda, atsiranda ir keičia jų koncentraciją, kai atsiranda toks skirtumas.Paprastai yra dvi grupės:sveiki žmonės ir žmonės, sergantys mus dominančia liga, pavyzdžiui, su specifine onkologijos forma. Kiekvienam mėginiui gaunamos tokios plokštės, o tada matematikai jas palygina ir vizualizuoja, kad rastų skirtumus tarp jų.
Pirmasis masių spektrometrijos taikymas yra naujagimių patikra.Kiekvienas naujagimis, Sveikatos apsaugos ministerijos įsakymu su2006 m., jie privalo išsitirti dėl tam tikrų paveldimų ligų. Bet kokiu atveju dabar Maskvoje jie tikrina mažiausiai 16 skirtingų ligų. Tokių ligų yra ir jos dažnai pasireiškia jau nuo pirmųjų gyvenimo minučių, kurios, laiku nesustabdžius, po savaitės ar kelių dienų vaikas gali tapti neįgalus visam gyvenimui. Todėl tokia diagnostika turi būti atlikta per pirmąsias kelias naujagimio gyvenimo valandas. Beveik visų šių ligų biomarkeriai yra mažų molekulių metabolitai. Tai yra, ligos pasireiškia medžiagų apykaitos sutrikimais, pavyzdžiui, tam tikrų organinių rūgščių ar tam tikrų lipidų kaupimasis kraujyje. Ir, žinoma, šis kaupimasis vyksta labai mažomis koncentracijomis, iš jų reikia atpažinti medžiagų apykaitos pokyčių skirtumą. Todėl, be masių spektrometrijos, joks kitas metodas čia neveiks.
Norėdami išspręsti vaikų kraujo paėmimo problemą (ne toks didelis kraujo kiekis ir vaikų baimė dėl invazinių metodų bei gydytojų), jie sugalvojo išdžiūvusių kraujo dėmių analizės technologiją.Daroma nedidelė punkcija ir viena ar daugiaudu lašus kraujo tiesiai ant nedidelio filtravimo popieriaus gabalėlio. Kraujo tūris čia yra keli mikrolitrai. Tada ši kortelė išdžiovinama ir siunčiama į laboratoriją, o siuntimas taip pat labai patogus: mėginio nereikia šaldyti ar atšildyti. Tiesiog dar kartą ištirpinkite šią kortelę analizei ir po kelių valandų analizė bus paruošta.
Kita masės spektrometrijos taikymo sritis yra individualizuota medicina.Visos mūsų medžiagos patenka į kepenis ir kepeniskažkaip juos metabolizuoja. Be to, mūsų kepenys mūsų visų veikia skirtingai, ne tik dėl kai kurių ligų ar žalingų įpročių. Pavyzdžiui, greipfrutų sultys gali labai paveikti jūsų medžiagų apykaitą, jos slopina kai kuriuos fermentus, todėl kai kurių vaistų koncentracija gali būti kelis kartus didesnė nei tikėtasi. Kai kurių žmonių kraujyje tokia koncentracija bus po vaisto vartojimo, o kitų koncentracija bus dvigubai didesnė. Pasirodo, kad dozę reikia sumažinti perpus, kad nebūtų bereikalingos žalos organizmui. Taigi perėjimas prie personalizuotos medicinos. Išgeriate tabletę, kas valandą paimamas kraujas ir žiūrima į kreivę: kaip medžiaga laikui bėgant keliauja per jūsų kūną, kokia jos koncentracija kraujyje. Tada gydytojas gali pakoreguoti dozę arba net nutraukti vaisto vartojimą ir paskirti kitą. Ir šiuo atveju labai aktyviai naudojama ir sauso kraujo analizė.
Bet koks naujas vaistas, patekęs į rinką, būtinai pereina metabolizmo tyrimų etapą.Kai kurie vaistai gali būti nelabai toksiški,bet dėl kepenų irimo ir kai kurių klaidų šios medžiagos gali virsti dar toksiškomis. Paprasčiausias pavyzdys yra paracetamolis. Paracetamolio instrukcijose sakoma, kad jo negalima duoti mažiems vaikams. Kad mažiems vaikams turėtų būti skiriamas tik ibuprofenas. O to priežastis – šios molekulės kaupimasis kepenyse, kuri dėl metabolizmo turi toksinį poveikį. Suaugusiam žmogui, kurio kepenys gerai išsivysčiusios, toks toksinis poveikis nėra labai pastebimas, nors, žinoma, paracetamolio nereikėtų nuryti ir stiklainiuose. Mažiems vaikams tai iš tikrųjų gali sukelti visokių nemalonių ir net negrįžtamų pasekmių. Todėl kiekvieno naujo vaisto metabolizmas turi būti ištirtas.
Vaizdavimas yra elgesio būdasmasių spektrometrinė analizė, kai gauname informaciją ne tik apie vienarūšį, bet ir apie heterogeninį mėginį, ir galime ištirti jo molekulinę sudėtį erdvėje.Yra toks įdomus studijų pavyzdysvaisto ir jo metabolitų pasiskirstymas žiurkės organizme. Eksperimentas atliekamas taip: žiurkei duodamas tam tikras vaistas, po kelių valandų gyvūnas eutanazuojamas, o paskui gyvūnas smulkiai supjaustomas visame kūne. Tada speciali masių spektrometrijos technika leidžia ištirti kiekvieno šio mėginio taško molekulinę sudėtį. Apdorojus kompiuterį, galima vizualizuoti, kur yra susikaupę metabolitai. Svarbu ištirti metabolitų pasiskirstymą, nes jei vartojate vaistą nuo plaučių uždegimo, svarbu, kad jis patektų į plaučius, o ne į smegenis. Masės spektrometrinis skalpelis yra „peilis“, kuris pumpuoja molekules iš pjūvio vietos, o tada, naudojant kompiuterines technologijas, galima nustatyti, kuris chirurgas pjauna audinį: ligotas ar sveikas. Šis metodas dabar yra įgyvendinamas JAV, o pirmoji reali operacija tokiu peiliu jau atlikta.
Kiekvienos molekulės pirštų atspaudai
Problema ta, kad keli šimtai ar net tūkstančiai cheminių junginių gali atitikti vieną elementinę sudėtį.Todėl būtina nustatyti visas eiluteslenteles, ir tai yra pagrindinė šiuolaikinės metabolominės analizės užduotis; deja, ji nebuvo iki galo išspręsta. Molekuliniai pirštų atspaudai lyginami su randamais cheminių molekulių duomenų bazėse. Jei jie sutampa, galime drąsiai teigti, kad tai yra tinkama molekulė. Tačiau tokiose duomenų bazėse yra labai nedaug medžiagų. Visoje pirštų atspaudų duomenų bazėje yra apie 20–30 tūkstančių junginių, ji neapima net visų pirminių ir antrinių metabolitų, kurie yra žmogaus organizme. Yra ir kita problema: norint papildyti šią duomenų bazę, reikia grynos cheminės medžiagos, o jos dažniausiai yra brangios. Tai yra, viena gryna cheminė medžiaga paprastai kainuoja kelias dešimtis ar šimtus dolerių.
Vienas iš tapatybės nustatymo būdų yra sukurti naujus pirštų atspaudus.Pavyzdžiui, dabar metodas yra aktyviai plėtojamasjonų judrumo spektrometrija. Nors masės spektrometrija dalija jonus pagal masę, jonų mobilumas leidžia juos atskirti pagal dydį. Tai yra, jei turite du bėgikus - ne sunkų ir lengvą, o didelį ir mažą, ir pastatote jiems kokią nors kliūtį - pavyzdžiui, tinklą su ląstelėmis, tada lieknas sportininkas greitai peršliaužti per šį tinklą ir pasiekti finišą, bet storulis kol išeis iš šio tinklo, po kurio laiko jis bėgs.
Antrasis būdas - bandyti surasti pirštų atspaudus, kuriems identifikuoti nereikia švarių standartų.Laboratorijoje siūlome naudoti vadinamąjį izotopų mainus.
Pavyzdžiui, jei pažvelgsime į tokią molekulę, tadapamatysime, kad jis turi vandenilio atomus, susijusius su deguonimi. Taigi, jie yra ypatingi. Jie gali palikti šią molekulę ir grįžti prie jos. Jei turime šią molekulę ištirpusią vandenyje, vandenilis gali palikti molekulę, o vandenilis gali grįžti iš vandens. Ir jei imsime ne tik vandenį, bet ir sunkųjį vandenį, kur vietoj vandenilio yra deuterio, tada vandenilis gali palikti molekulę, o deuteris gali užimti jo vietą. Žinoma, kad deuteris skiriasi nuo vandenilio molekuline mase vienetui, ir masės spektrometras gali pamatyti tokį poslinkį. Paprasčiausiai suskaičiavus tokių vandenilių skaičių galima pasakyti, ar tai yra būtina, ar nereikalinga molekulė, ar mes ją teisingai identifikavome, ar ne.
Dirbtinis intelektas gali būti naudojamas molekulėms identifikuoti.Remdamiesi turima informacija galite užbaigtitrūkstamos informacijos duomenų bazės naudojant giluminio mokymosi metodus. Tai yra, mes mokome modelį ir pagal molekulės struktūrą jis numato reikiamus pirštų atspaudus, kuriuos vėliau galime panaudoti palygindami su tuo, kas buvo gauta eksperimento metu.
Taip pat žiūrėkite:
Uranas gavo keisčiausios Saulės sistemos planetos statusą. Kodėl?
Žmonės gali atlaikyti labai žemą temperatūrą net ir be šilumos šaltinių
Fizikai sukūrė juodosios skylės analogą ir patvirtino Hawkingo teoriją. Kur jis veda?