Ученые сравнили эффективность различных методов определения химического состава растительных клеток

Ученые Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта совместно с коллегами из СПбГУ и Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН описали ключевые условия успешного биохимического анализа методом газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией для определения химического состава растений.

В зависимости от условий окружающей среды (влажности, освещения, действия различных факторов стресса) растения синтезируют разное количество низкомолекулярных веществ (метаболитов) — простых сахаров, аминокислот, органических кислот и других. Эти соединения влияют на обмен веществ растений и вовлечены в их адаптацию к изменениям окружающей среды. Они также служат строительным материалом для сложных биологических полимеров и вступают в пути биосинтеза разнообразных вторичных соединений, которые определяют лекарственную ценность растений.

Для определения химического состава разных видов растений в различных условиях обычно используют газовую хроматографию с масс-спектрометрией. Этот подход позволяет выявить до нескольких сотен соединений в одном образце растительного экстракта. Авторы детально рассмотрели все этапы этого процесса — от измельчения собранных растений до расшифровки полученных первичных инструментальных данных.

Ученые отмечают, что для успешного анализа в первую очередь важно правильно подготовить образец. Растительный материал сразу после сбора лучше всего заморозить в жидком азоте. Такая процедура позволяет остановить химические превращения в клетках и «запечатлеть» реальный состав метаболитов в них. Однако есть и другие методики, не требующие замораживания и хранения образцов в замороженном состоянии. Они включают, например, предварительную сушку образцов, обработку ультразвуком или микроволновым излучением.

Во время экстракции (то есть выделения метаболитов из клеток) важно поддерживать оптимальную температуру и использовать растворители, лучше всего взаимодействующие с целевыми веществами. Поскольку в растениях содержатся разнообразные по химическим свойствам вещества, лучших результатов часто удается добиться при многоэтапной экстракции. В этом случае образцы последовательно помещают в несколько разных растворителей, которые наиболее эффективно извлекают те или иные группы соединений.

«Важно учитывать, что многие вещества, содержащиеся в растениях, не летучи, из-за чего напрямую с помощью газовой хроматографии с масс-спектрометрией достоверно оценить их количество в растении не удастся. Поэтому исследователям приходится прибегать к дополнительному этапу подготовки образцов — дериватизации. Это химическая модификация нелетучих соединений, которая превращает их в форму, пригодную для анализа», — пояснил один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории биоаналитической химии Высшей школы живых систем БФУ имени Иммануила Канта Акиф Маилов.

Кроме того, авторы подчеркнули важность правильной обработки и интерпретации полученных данных. Так, из них необходимо убирать «шумы» (случайные сигналы), а также выполнять калибровку — сравнение с эталонными данными о содержании тех или иных веществ в растворе. Таким образом, четко следуя оптимальным протоколам, специалисты смогут с помощью газовой хроматографии с масс-спектрометрией определить содержание нескольких сотен растительных метаболитов и найти среди них ценные.

В дальнейшем ученые БФУ планируют проверить ряд протоколов, основанных на этом методе, в лаборатории. В частности, в ближайшее время планируется запустить анализ жирнокислотного состава растений.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации