Laboratorium spektrometrii mas Skoltech jest kierowane przez członka-korespondenta Rosyjskiej Akademii Nauk
Co leży u podstaw budowania procesów życiowych
DNA to długi łańcuch polimerowy, który przechowuje informacje o tym, jak powinien wyglądać i funkcjonować organizm.To znaczy, czym różnimy się od innych gatunkówi czym różnią się od siebie dwa osobniki tego samego gatunku. Te cząsteczki decydują o naszej wyjątkowości. Podam przykład: gąsienica i motyl, z którego wyrasta. Czy myślisz, że ich cząsteczki DNA są różne, czy takie same? Właściwie prawidłowa odpowiedź brzmi: tak samo. Informacja genetyczna nie zmienia się w żaden sposób w ciągu życia. Właściwie, dlaczego w końcu gąsienice i motyle są różne? Ponieważ nie wszystkie informacje zapisane w DNA są realizowane w tym samym czasie. Implementacja następuje poprzez proces transkrypcji, w wyniku którego po odczytaniu poszczególnych genów informacyjny RNA umożliwia syntezę białek.
Białka to uniwersalne molekularne maszyny w naszym organizmie, które pełnią różne funkcje: od konstrukcji po regulację.Jedna z przestarzałych definicji życia to:uporządkowane istnienie i interakcja cząsteczek białka. Problem polega jednak na tym, że cząsteczki białka są również duże. Białka to także cząsteczki polimerów o dużej masie cząsteczkowej: zwykle od 10 do kilkuset kilodaltonów. A budowanie na nich podstawowych procesów życiowych jest dość problematyczne, gdyż są one dość wrażliwe na zmiany temperatury i środowiska zewnętrznego. I prawdopodobnie dlatego prawie wszystkie procesy życiowe w komórce realizowane są za pośrednictwem małych cząsteczek. A przemiana małych cząsteczek w siebie jest już kontrolowana przez białka. Masa cząsteczkowa tych małych cząsteczek wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset kilodaltonów. Wszystkie małe cząsteczki występujące w żywym organizmie nazywane są metabolitami.
1 dalton lub 1 jednostka masy atomowej (amu)- pozaukładowa jednostka masy stosowana do określenia mas cząsteczek, atomów, jąder atomowych i cząstek elementarnych.
1 a. jednostki = 1,660 539066 60 (50) ⋅10−27 kg.
Pierwotne metabolity to związki chemiczne, które znajdują się we wszystkich komórkach organizmu i są niezbędne do utrzymania procesów życiowych.Wszystkie cząsteczki polimerów, białka ikwasy nukleinowe. Metabolity te są takie same dla wszystkich komórek jednego organizmu. W ciągu życia metabolity ulegają wzajemnej przemianie, na przykład w celu przekazania energii. A te ścieżki transformacji – łańcuchy transformacji – nazywane są szlakami metabolicznymi.
Cykl Krebsa, czyli cykl kwasu trikarboksylowego, jest odpowiedzialny za proces oddychania komórkowego.
Różne szlaki metaboliczne w ludzkim ciele przecinają się, to znaczy mają wspólnych uczestników.Zatem wszystkie procesy zachodzące z metabolitami są ze sobą powiązane.
Metabolity wtórne to substancje, które nie są niezbędne dla wszystkich komórek do zapewnienia ich funkcji życiowych.Zwykle służą do przystosowania się do warunkówotoczenie zewnętrzne. Na przykład rośliny kawy wytwarzają kofeinę, aby chronić swoje liście przed szkodnikami. Są toksyczne dla chrząszczy żerujących na liściach kawowca. Ale jeśli w jakiś sposób usuniemy całą kofeinę z rośliny, będzie ona nadal żyła. Żadne procesy życiowe nie zostaną zakłócone. Drugim przykładem są antybiotyki. Wiadomo, że penicylina jest pierwszym antybiotykiem i została całkowicie przypadkowo wyizolowana z pleśni, co zrewolucjonizowało medycynę. Pleśnie wykorzystują penicylinę do oczyszczenia przestrzeni życiowej. Jest nieszkodliwy dla organizmu macierzystego, ale toksyczny dla innych mikroorganizmów. W rzeczywistości ludzie wykorzystują tę właściwość do leczenia różnych infekcji bakteryjnych. Ze względu na fakt, że człowiek aktywnie spożywa rośliny jako pożywienie, nasz organizm jest gęsto zasiedlony różnymi mikroorganizmami tworzącymi mikroflorę. Substancje te są wtórnymi metabolitami nie tylko samej osoby, ale także żywych organizmów, które nieuchronnie dostają się do naszego organizmu.
Naturalny filtr i dlaczego jest zły
Ksenometabolity to antybiotyki, związki niezwiązane z aktywnością organizmów żywych.Zwykle jest to coś, co dana osoba otrzymałasztucznie do różnych celów. Np. leki, dodatki do żywności, suplementy diety, środki dopingujące, leki, produkty spalania tytoniu, alkohol lub produkty higieniczne, chemia gospodarcza, ekotoksykanty. To także małe cząsteczki, które dostają się do organizmu zarówno celowo, w przypadku leków, jak i przypadkowo. Na przykład umyłeś zęby, połknąłeś pastę do zębów – i tak do Twojego organizmu dostały się nowe chemikalia. Wiele z tych substancji może mieć określony wpływ na nasz organizm, nawet w bardzo małych stężeniach. Co więcej, efekt ten może być pozytywny lub negatywny lub różnić się w zależności od ilości tej substancji.
Wątroba jest pierwszą barierą uniemożliwiającą przenikanie obcych substancji chemicznych do krążenia ogólnoustrojowego.Próbuje odfiltrować cząsteczkiorganizm zostanie uszkodzony i usunie je, zapobiegając ich dalszemu uwalnianiu przez krwioobieg do narządów. Wątroba ma wiele mechanizmów filtracyjnych, ale żaden z nich nie działa w 100%: w przeciwnym razie nie doszłoby do zatrucia i poważnych konsekwencji zażywania jakichkolwiek toksyn lub leków. Wątroba jednak wykorzystuje fakt, że nasz organizm składa się w dużej mierze z wody, czyli składa się w 80 proc. z wody. Dlatego wątroba stara się sortować cząsteczki na hydrofilowe, które rozpuszczają się w wodzie, i hydrofobowe. Wątroba „wierzy”, że jeśli substancja jest hydrofilowa, to można ją dalej uwolnić do krążenia ogólnoustrojowego, gdyż nie powinna wyrządzić większych szkód. A jeśli substancja jest hydrofobowa, należy z nią coś zrobić, aby zapobiec jej dalszemu uwalnianiu lub przynajmniej uczynić ją bardziej hydrofilową.
Wątroba ma dwa mechanizmy - fazy metaboliczne.W pierwszej fazie wątroba próbujespecjalne białka i enzymy z rodziny cytochromów P450 utleniają te substancje. W wyniku utleniania zmienia się struktura cząsteczki i może ona stać się bardziej hydrofilowa. Wątroba może następnie uwolnić te metabolity do krwiobiegu lub spróbować usunąć je przez nerki z moczem lub jelitami. Jeśli to nie zadziała, wątroba może „przyszyć” gotowe, gwarantowane cząsteczki rozpuszczalne w wodzie na te utlenione cząsteczki.
Metabolizm wątrobowy zwiększa różnorodność małych cząsteczek, które mogą trafić do naszego organizmu.Na przykład na etapie utleniania teoretycznie z jednej cząsteczki powstaje ponad 500 różnych nowych innych cząsteczek, nie można przewidzieć, które z nich powstają, a które nie.
Nieskończony alfabet: dlaczego tak trudno jest badać metabolity
Kwasy nukleinowe można przedstawić jako pięcioliterowy alfabet, z którego zbudowany jest duży ciąg tekstowy.Tak, oczywiście, kolejność liter w tymlinia może być stosunkowo chaotyczna, chociaż w ciągu życia DNA nie ulega zmianie, a jedynie jest po prostu kopiowane. Mamy więc pewne ograniczenia dotyczące tego, jaki będzie ten ciąg. W przypadku białek sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana: w alfabecie będzie już 20 liter, czyli 20 aminokwasów, z których zbudowane są białka, ale to też dzieje się mimowolnie. Zatem z punktu widzenia badacza obiekty te również są do siebie dość podobne. A w przypadku metabolitów wyodrębnienie dowolnego alfabetu jest niezwykle problematyczne: w rzeczywistości jest to cały układ okresowy. A wśród zasad formacji - tylko zasada wartościowości. Ponadto istnieje cecha chemii węgla, która pozwala dwóm atomom węgla związać się ze sobą, a następnie dodać nieograniczoną liczbę atomów węgla lub innych atomów z układu okresowego, co powoduje ogromne zróżnicowanie chemiczne takich cząsteczek.
Aby zbadać takie małe cząsteczki i całą ich różnorodność, wymagane są specjalne metody.Istnieją proste:na przykład analiza organoleptyczna, z którą spotkał się każdy, kto wykonał ogólne badanie krwi lub moczu i zobaczył, że w kierunku znajduje się linia „zapach, kolor”. Gdy konieczne jest odnalezienie w roztworze konkretnej cząsteczki, dodaje się kroplę wybranego wcześniej odczynnika. Jeśli w roztworze była cząsteczka, nastąpi zabarwienie, jeśli jej nie było, pojawi się jedynie osad. Do prostych metod zalicza się także spektroskopia optyczna, przy pomocy mikroskopu można wyciągnąć wnioski ze struktury osadu. Dość popularne są obecnie metody immunochemiczne: jest to ten sam test ELISA na Covid-19.
Badania omiczne to badania obejmujące całą populację.A metabolomika implikuje analizę dużychdane, które reprezentują pełny zestaw małych cząsteczek w organizmie, komórce lub narządzie. Zbiór tych danych waha się według różnych szacunków od kilku tysięcy, jeśli weźmiemy pod uwagę tylko pierwotne metabolity, do kilkudziesięciu tysięcy, jeśli dodamy do nich wtórne metabolity znanych roślin, bakterii i grzybów. W rzeczywistości nawet do kilkuset milionów, jeśli weźmiemy pod uwagę całą różnorodność chemiczną, która może dostać się do organizmu człowieka. Aby je zbadać, potrzebne są specjalne metody: spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i spektrometria mas.
W ciągu 80-letniej historii istnienia NMR naukowcy zajmujący się tą metodą otrzymali pięć nagród Nobla.Cztery - dla NMR, a piąte - dlarezonans magnetyczny. Metoda nieco inna niż spektroskopia NMR, ale w zasadzie bardzo podobna. Metoda NMR opiera się na fakcie, że niektóre atomy układu okresowego mają niezerowy moment magnetyczny. Są to małe magnesy i mogą oddziaływać z zewnętrznym polem magnetycznym. Interakcja ta przejawia się w rozszczepieniu poziomów energii. Metoda NMR pozwala na rozróżnienie różnych atomów i atomów tego samego pierwiastka, ale w różnych środowiskach. Ostatnio NMR traci na popularności, przede wszystkim ze względu na wysoki koszt.
Jak zrobić naładowane cząstki ze złożonej mieszaniny i poznać ich skład
Spektrometria mas to metoda oddzielania naładowanych cząstek poprzez interakcję z polem elektromagnetycznym.Jeśli weźmiemy jakąś złożoną mieszaninę składającą się zróżne naładowane cząstki, a prawie każdą cząsteczkę za pomocą nowoczesnych metod spektrometrii mas można przekształcić w postać naładowaną, dodając do niej proton lub usuwając z niego proton i przykładając do tej mieszaniny pole elektromagnetyczne, wówczas cząstki w tym polu zaczną się poruszać się i będą miały albo prędkość, albo trajektorię w zależności od masy. Lekkie cząstki dotrą do detektora wcześniej niż ciężkie. Po przetworzeniu danych z detektora otrzymuje się widmo masowe, w którym wzdłuż osi Y będzie widoczne natężenie sygnału proporcjonalne do liczby jonów, a wzdłuż osi X – masa w jonach, a właściwie masa w jonach. stosunek masy do ładunku. Ponadto spektrometria mas umożliwia pomiar masy z bardzo dużą dokładnością. Oznacza to, że możliwe jest jednoznaczne ustalenie składu pierwiastkowego jonu, cząstek naładowanych czy cząsteczki, z której powstał. Matematycznie nazywa się to rozwiązywaniem równania diofantyny w liczbach całkowitych: w rzeczywistości jest to wybór współczynników w pobliżu każdego atomu: m(C), m(H), k(O), z(N). I tylko jedna kombinacja liczb całkowitych m, n, k, z może dać masę zmierzoną za pomocą spektrometru mas.
Metodę spektrometrii mas zaproponował na początku XX wieku Thompson.Naukowcy zmontowali pierwszy na świecie spektrometr mas iz jego pomocą dokonał wielkiego odkrycia: eksperymentalnie potwierdził istnienie izotopów. Z drugiej strony nie był w stanie podać prawidłowej interpretacji swoich wyników. Zrobił to za niego jego uczeń William Aston: w 1922 roku otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla. W XX wieku, w wyniku serii wojen światowych, spektrometria mas rozwinęła się jako metoda dla wojska. Na początku swojego rozwoju znalazł swoje główne zastosowanie w przemyśle nuklearnym. Ponieważ spektrometria mas umożliwia rozdzielanie substancji według masy i określanie izotopów, można ją stosować do rozdzielania izotopów, takich jak uran. W dziedzinie spektrometrii mas przyznano jeszcze dwie Nagrody Nobla: w 1989 r. – Wolfgang Paul i Hans Dehmelt, a następnie w 2002 r. – prawdziwą rewolucję przeprowadzili niezależnie John Fenn i Kaishi Tanaka. Zaproponowali własną metodę, która pozwala uzyskać naładowaną cząstkę z dużej cząsteczki polimeru: z białek lub z kwasów nukleinowych, bez jej niszczenia. To dało impuls do badań. Obecnie żadne laboratorium – biochemiczne czy biologii molekularnej – nie może funkcjonować bez własnego spektrometru mas lub bez dobrze wyposażonego centrum wspólnego użytku w instytucie.
Po określeniu masy jonu możemy określić tylko skład pierwiastkowy, ale nie strukturę cząsteczek.Ponieważ jeden skład pierwiastkowy różnych struktur może odpowiadać ogromnej liczbie. Oznacza to, że atomy w cząsteczce mogą być ułożone na różne sposoby. Nazywa się to zjawiskiem izomerii.
Spektrometrycy mas wymyślili metodę, która pozwala uzyskać trochę więcej informacji o budowie cząsteczki: na drodze lecących przyspieszonych cząsteczek znajduje się pewna przeszkoda.Zwykle są to cząsteczki gazu.Kiedy cząsteczki zderzają się z cząsteczkami gazu, mogą one rozdzielić się w wyniku zderzenia. Następnie spektrometr mas mierzy masę nie pierwotnej cząsteczki, ale kawałków, na które się rozpadła. A rozpad ten nie następuje losowo, ale wzdłuż najsłabszych wiązań w cząsteczce. Powstałe fragmenty są identyczne i stanowią molekularne odciski palców: unikalne dla każdej cząsteczki.
Chromatografia to metoda rozdzielania substancji na podstawie ich interakcji z sorbentami.Sorbenty to coś, co może wchłonąćinne chemikalia, a najprostszym jest węgiel aktywny, który zażywamy przy zatruciach. Na początku XX wieku rosyjski naukowiec Michaił Cwiet wykazał, że jeśli taki naturalny barwnik przejdzie przez kolumnę wypełnioną kredą, to zamiast jednej dużej zielonej rozmazanej plamy otrzyma się kilka wielobarwnych plam: od żółtej do zielony. W ten sposób po pierwsze zdał sobie sprawę, że zielony barwnik z liści jest mieszaniną różnych substancji. Po drugie, odkrył chromatografię, za co w 1952 roku inni naukowcy, którzy doprowadzili jego metodę do nowoczesnej formy, otrzymali Nagrodę Nobla. We współczesnej chromatografii mieszanina przepuszczana jest przez kolumnę przy użyciu cieczy lub gazu, w zależności od rodzaju chromatografii. Ciecz „ciągnie” cząsteczki do przodu, w stronę wyjścia z kolumny, a sorbent interferuje z każdą cząsteczką na różne sposoby. Opuszczają kolumnę w różnym czasie, co można zarejestrować i wykorzystać jako kolejny odcisk palca do identyfikacji.
Od badania płynu mózgowo-rdzeniowego po suchą krew
Spektrometria mas jest jedyną dostępną obecnie metodą badania płynu mózgowo-rdzeniowego.W niektórych trudnych przypadkach do diagnozychoroby, konieczne jest wykonanie nakłucia, przekłucie kręgosłupa i pobranie próbki płynu mózgowo-rdzeniowego. Problem w tym, że człowiek ma średnio tylko 120 ml płynu mózgowo-rdzeniowego. A ten płyn jest pod ciśnieniem, więc przyjęcie nawet 1 ml znacząco wpływa na to ciśnienie i może prowadzić do nieodwracalnych konsekwencji dla organizmu. Dlatego w rzeczywistości można pobrać tylko kilka mikrolitrów. Żadna z istniejących metod, z wyjątkiem spektrometrii mas, nie jest w stanie obsłużyć tak małych ilości próbek, ponieważ im mniejsza próbka, tym mniej zawiera cząsteczek i tym czulszy musi być sprzęt. Zwykle wystarcza do tego czułość spektrometrii mas. Po pobraniu próbka jest usuwana z wtrąceń mechanicznych i białek, aby uniknąć awarii sprzętu. Po analizie wynik jest przetwarzany komputerowo i uzyskiwana jest „lista cech”: wynik wynosi około 10–15 tysięcy linii. Kolumny tworzą formułę, którą definiujemy za pomocą dokładnej masy, intensywności proporcjonalnej do ilości tej cząsteczki i „odcisku palca”.
Najbardziej bezpośrednia metoda zastosowania tegometabolomiczny eksperyment ze spektrometrią mas - porównywanie ludzi chorych i zdrowych w celu określenia, które cząsteczki się pojawiają, pojawiają się i zmieniają swoje stężenie, gdy taka różnica wystąpi.Zwykle są dwie grupy:osoby zdrowe i osoby z interesującą nas chorobą, na przykład z określoną formą onkologii. Dla każdej próbki uzyskuje się takie płytki, a następnie matematycy porównują je i wizualizują, aby znaleźć różnice między nimi.
Pierwsze zastosowanie spektrometrii mas dotyczy badań przesiewowych noworodków.Każdy noworodek, na zlecenie Ministra Zdrowia zod 2006 r. są zobowiązani do poddania się testom na określony zestaw chorób dziedzicznych. W każdym razie w Moskwie bada się co najmniej 16 różnych chorób. Są takie choroby, które często objawiają się już w pierwszych minutach życia i jeśli nie zostaną zatrzymane w odpowiednim czasie, w ciągu tygodnia lub kilku dni, mogą spowodować niepełnosprawność dziecka na całe życie. Dlatego taką diagnostykę należy przeprowadzić już w pierwszych godzinach życia noworodka. Biomarkerami prawie wszystkich tych chorób są metabolity drobnocząsteczkowe. Oznacza to, że choroby objawiają się zaburzeniami metabolizmu, na przykład gromadzeniem się niektórych kwasów organicznych we krwi lub niektórych lipidów. I oczywiście ta akumulacja zachodzi w bardzo małych stężeniach, od nich należy rozpoznać różnicę w zmianach metabolizmu. Dlatego poza spektrometrią mas żadna inna metoda się tutaj nie sprawdzi.
Aby rozwiązać problem pobierania krwi od dzieci (nie tak duża ilość krwi i obawa dzieci przed inwazyjnymi metodami i lekarzami), opracowano technologię analizy zaschniętych plam krwi.Wykonuje się małe nakłucie i jedno lub więcejdwie krople krwi bezpośrednio na mały kawałek bibuły filtracyjnej. Objętość krwi wynosi tutaj kilka mikrolitrów. Następnie kartę tę suszy się i wysyła do laboratorium, a przesłanie jest również bardzo wygodne: próbki nie trzeba zamrażać ani rozmrażać. Wystarczy ponownie rozpuścić tę kartę do analizy, a w ciągu kilku godzin analiza będzie gotowa.
Kolejnym obszarem zastosowań spektrometrii mas jest medycyna spersonalizowana.Wszystkie nasze substancje trafiają do wątroby i wątrobyw jakiś sposób je metabolizuje. Co więcej, u każdego z nas wątroba pracuje inaczej, nie tylko z powodu chorób czy złych nawyków. Na przykład sok grejpfrutowy może znacząco wpłynąć na metabolizm, hamuje niektóre enzymy i w rezultacie stężenie niektórych leków może być kilkukrotnie wyższe niż oczekiwano. U niektórych osób po zażyciu leku stężenie to będzie występowało we krwi, u innych stężenie będzie dwukrotnie większe. Okazuje się, że dawkę należy zmniejszyć o połowę, aby nie powodować niepotrzebnej szkody dla organizmu. Stąd przejście na medycynę personalizowaną. Bierzesz pigułkę, co godzinę pobierana jest krew i sprawdzana jest krzywa: jak substancja przemieszcza się w organizmie w czasie, jakie jest jej stężenie we krwi. Następnie lekarz może dostosować dawkę lub nawet przerwać przyjmowanie leku i przepisać inny. W tym przypadku bardzo aktywnie wykorzystywana jest również analiza suchej krwi.
Każdy nowy lek wchodzący na rynek koniecznie przechodzi etap badań metabolicznych.Niektóre leki mogą nie być bardzo toksyczne,ale w wyniku awarii wątroby i pewnych błędów substancje te mogą przekształcić się w jeszcze bardziej toksyczne. Najprostszym przykładem jest paracetamol. Instrukcje dotyczące paracetamolu mówią, że nie należy go podawać małym dzieciom. Małym dzieciom należy podawać wyłącznie ibuprofen. A powodem tego jest akumulacja tej cząsteczki w wątrobie, która w wyniku metabolizmu ma działanie toksyczne. Dla osoby dorosłej z dobrze rozwiniętą wątrobą to działanie toksyczne nie jest bardzo zauważalne, choć oczywiście nie należy też połykać paracetamolu w słoikach. W przypadku małych dzieci może to prowadzić do różnego rodzaju nieprzyjemnych, a nawet nieodwracalnych konsekwencji. Dlatego każdy nowy lek należy zbadać pod kątem metabolizmu.
Obrazowanie jest sposobem dyrygowaniaanaliza spektrometrii mas, gdy uzyskujemy informacje nie tylko o próbce jednorodnej, ale także o próbce niejednorodnej i możemy badać jej skład molekularny w przestrzeni.Jest taki ciekawy przykład studiowaniadystrybucja leku i jego metabolitów w organizmie szczura. Doświadczenie przeprowadza się w następujący sposób: szczurowi podaje się lek, po kilku godzinach uśmierca się, a następnie drobno przecina całe ciało. A następnie specjalna technika spektrometrii mas pozwala na badanie składu cząsteczkowego każdego punktu w tej próbce. Po przetworzeniu komputerowym można wizualizować, gdzie nagromadziły się metabolity. Ważne jest, aby zbadać dystrybucję metabolitów, ponieważ jeśli zażywasz lek na zapalenie płuc, ważne jest, aby trafił on do płuc, a nie do mózgu. Skalpel do spektrometrii mas to „nóż”, który wypompowuje cząsteczki z miejsca nacięcia, a następnie za pomocą technologii komputerowej można określić, który chirurg tnie tkankę: chory czy zdrowy. Ta metoda jest obecnie wprowadzana w Stanach Zjednoczonych, a pierwsza prawdziwa operacja takim nożem została już wykonana.
Odciski palców dla każdej cząsteczki
Problem polega na tym, że jednemu składowi pierwiastkowemu może odpowiadać kilkaset, a nawet tysiące związków chemicznych.Dlatego konieczne jest zidentyfikowanie wszystkich wierszytablice i to jest główne zadanie współczesnej analizy metabolomicznej, niestety nie zostało do końca rozwiązane. Odciski molekularne porównuje się z tymi znajdującymi się w bazach danych cząsteczek chemicznych. Jeśli są zgodne, możemy z pewną pewnością stwierdzić, że jest to właściwa cząsteczka. Jednak takie bazy danych zawierają bardzo ograniczoną liczbę substancji. Pełna baza danych daktyloskopijnych zawiera około 20–30 tysięcy związków, nie obejmuje nawet wszystkich metabolitów pierwotnych i wtórnych występujących w organizmie człowieka. Jest jeszcze jeden problem: do uzupełnienia tej bazy danych potrzebne są czyste substancje chemiczne, a one są zwykle drogie. Oznacza to, że jedna czysta substancja chemiczna kosztuje zwykle kilkadziesiąt lub setki dolarów.
Jednym ze sposobów identyfikacji jest utworzenie nowych odcisków palców.Na przykład metoda jest obecnie aktywnie rozwijanaspektrometria ruchliwości jonów. Podczas gdy spektrometria mas dzieli jony według masy, ruchliwość jonów pozwala na ich rozdzielenie według wielkości. Oznacza to, że jeśli masz dwóch biegaczy - nie ciężkiego i lekkiego, ale dużego i małego i postawisz na ich drodze jakąś przeszkodę - na przykład siatkę z komórkami, wtedy szczupły sportowiec będzie szybko przeczołgaj się przez tę sieć i dobiegnij do mety, ale grubas to zrobi. Dopóki nie wydostanie się z tej sieci, po pewnym czasie przybiegnie.
Drugą metodą jest próba znalezienia odcisków palców, których identyfikacja nie wymaga czystych standardów.W laboratorium proponujemy zastosowanie tzw. wymiany izotopowej.
Na przykład, jeśli spojrzymy na taką cząsteczkę, tozobaczymy, że ma atomy wodoru związane z tlenem. Więc są wyjątkowe. Mogą opuścić tę cząsteczkę i wrócić do niej. Jeśli mamy tę cząsteczkę rozpuszczoną w wodzie, wodór może opuścić cząsteczkę, a wodór może powrócić z wody. A jeśli weźmiemy nie tylko wodę, ale ciężką wodę, w której zamiast wodoru jest deuter, to wodór może opuścić cząsteczkę, a deuter może zająć jego miejsce. Wiadomo, że deuter różni się od wodoru masą cząsteczkową na jednostkę, a spektrometr mas może zobaczyć takie przesunięcie. Po prostu licząc liczbę takich wodorów, można powiedzieć, czy jest to potrzebna, czy niepotrzebna cząsteczka, czy zidentyfikowaliśmy ją poprawnie, czy nie.
Do identyfikacji cząsteczek można wykorzystać sztuczną inteligencję.Na podstawie dostępnych informacji możesz uzupełnićbazy brakujących informacji wykorzystujące metody głębokiego uczenia się. Oznacza to, że trenujemy model, a on na podstawie struktury cząsteczki przewiduje niezbędne odciski palców, które możemy następnie wykorzystać do porównania z tym, co uzyskano w eksperymencie.
Zobacz także:
Uran uzyskał status najdziwniejszej planety w Układzie Słonecznym. Dlaczego?
Ludzie mogą wytrzymać bardzo niskie temperatury, nawet bez źródeł ciepła
Fizycy stworzyli analogię czarnej dziury i potwierdzili teorię Hawkinga. Dokąd to prowadzi?