Massenspektrometrische Bildgebung

Bislang wurden chemische Substanzen aus ganzen Pflanzen, Insekten oder Bakterienkolonien extrahiert und die Struktur der mutmaßlichen chemischen Signale wurde im Hinblick auf den gesamten Organismus oder größere Bereiche untersucht. Es ist jedoch naheliegend anzunehmen, dass der Ursprung chemischer Signale lokal begrenzt ist und dass die Kolokalisiation von Substanzen mit mutmaßlichen biosynthetischen oder speichernden Drüsen/Strukturen Hinweise gibt, die zur Funktionsbestimmung der entdeckten Substanzen führen.
In den letzten drei Jahren haben wir ein Programm initiiert, das die Entwicklung von massenspektrometrischen Methoden für die Abbildung von kleinen Molekülen (Bestimmung ihrer topologisch kodierten Intensitätskarte) zum Ziel hat. Eine Pionieruntersuchung an A. thaliana wurde in Zusammenarbeit mit der Abteilung Biochemie (J. Gershenzon) von 2007-2008 durchgeführt (Shroff et al. 2008 PNAS). Wir konnten eine ungleiche Verteilung von Glucosinolaten (Gls; den wichtigsten Phytolalexinen in der Ackerschmalwand) beoabachten. Diese Ergebnisse aus der Untersuchung mit dem MALDI-Massenspektrometer wurden mit Hilfe anderer analytischer Methoden bestätigt, außerdem korreliert die Verteilung der Glucosinolate mit dem Fraßverhalten von Raupen. Vor kurzem wurde eine quantitative Untersuchung von Glucosinolaten, die an der Blattoberfläche von A. thaliana reichlich vorkommen, abgeschlossen. Die Ergebnisse zeigen, dass Gls in einer Konzentration auf der Blattoberfläche vorkommen, die von Plutella xylostella Weibchen entdeckt werden konnte. In beiden Studien wurde eine MALDI-Matrix (9-Aminoacridin) verwendet, um die Substanzen von Interesse zu sehen. Allerdings können wir die Matrix auch entfernen, wenn die Verbindungen eine starke Adsorption von UV-Laser-Licht aufweisen, und damit das Bildgebungsverfahren vereinfachen, ohne dafür eine aufwändige Probenvorbereitung zu benötigen. Mit Hilfe dieses Ansatzes können wir Oberflächensubstanzen in einer zellulären räumlichen Auflösung untersuchen (Hölscher et al. 2009 Plant J.).
Mit der kürzlich entwickelten LiDHB MALDI-Matrix zur Analyse neutraler Lipide und Kohlenwasserstoffe, wurde die Lokalisierung von Kohlenwasserstoffen und Wachsestern auf Insektenflügeln und Pflanzenblättern untersucht (Vrkoslav et al. 2010 J. Amer. Soc. Mass Spectrom.).
Die Anwendungsmöglichkeiten von bildgebenden Verfahren der Massenspektrometrie wurden kürzlich in einem Übersichtsartikel zusammengefasst (Svatos, 2010 Trends in Biotechnol.).