Bruker Metabolomics Spectral Libraries

関連する内因性および外因性代謝物を含む質量スペクトルライブラリーを使用すると、測定したMS/MSスペクトルにマッチするスペクトルを自動解析することができます。スペクトルライブラリーに含まれる化合物の数は重要な要素であり、近年継続的に増加しており、既知代謝物の同定を可能にしています。

この点において、ブルカー MetaboBASE^® Personal Library 3.0の新バージョンには下記の利点があります。

内因性および外因性代謝物、ジペプチドやトリペプチド、さらに有名なMETLIN(*)化合物ライブラリーから得られた10万以上の合成または単離された標準物質のMS/MSスペクトルは、生物学的システムで起こる変化を研究するために使用されます。これらのデータはQTOF装置で取得されており、14,000件以上のデータがブルカー QTOF装置で取得されています。

233,000以上の化合物のMS/MSスペクトルをIn silicoで生成したライブラリーは、純粋な標準物質が利用できないターゲットの暫定的な同定を迅速に行うための道を開きました。

すべてのスペクトルは、異なる衝突エネルギーでポジティブ、ネガティブの両モードで測定し、品質の悪いスペクトルは破棄されています。衝突エネルギーは、In silicoライブラリーでは10、20、40eV、その他のライブラリーでは10/25, 25/50eVを用いました。スペクトルデータの補足として、InCHi、SMILES、CASの識別子とほとんどの物質の同義語が掲載されています。HMDB、METLIN、PubChemなどの外部データベースへのデータベースIDとハイパーリンクにより、同定された代謝物の生物学的な位置づけを迅速に知ることができます。

Bruker MetaboBASE^® Personal Library 3.0は、著名なGary Siuzdak教授とPaul Benton博士によって提供されています。

*METLIN™はTHE Scripps Research Instituteの商標です。

注：Bruker MetaboBASE^® Personal Library 3.0はMetaboScape® 4.0以上でのみサポートされています。

Bruker HMDB Metabolite Library 2.0に含まれるすべてのスペクトルは、ノイズの多いスペクトルや汚染ピークを手作業で取り除きました。プリカーサーイオンとフラグメントイオンの質量は、理論的な質量値と同位体パターン分布に一致するよう補正しました。

このスペクトルライブラリーの第2版では、Human Metabolome Data Base（HMDB）から抽出された800種以上の化合物について、6000以上のMS/MSスペクトルと保持時間情報を提供しています。Bruker HMDB Metabolite Library 2.0のデータは、純粋な標準物質を使用して取得しました。すべての化合物は、5種類の衝突エネルギーを用いて、impactシリーズQTOF高分解能質量分析計で測定されています。

約 600 種類の代謝物の逆相LCにおける保持時間情報は、尿、血液、その他の生体液などで検出される代謝物の同定の信頼性を高めるために、さらに直交する情報を追加します。

T-ReX Elute Metabolomics-kit. RPは、Bruker HMDB Metabolite Library 2.0の保持時間と一致させるための逆相LCカラムキットです。また、LC-MS/MSデータ取得のためのメソッドと標準操作手順書（SOP）が含まれています。

T-ReX^® LC-QTOF ソリューションは、シンプルなノンターゲットメタボロミクスのためのソリューションです。

Bruker HMDB Metabolite Libraryは、カナダのアルバータ大学 Liang Li教授とDavid Wishart教授、およびそのチームとの共同研究で作成されました。Brukerが独占的に提供しています。

市販の標準物質を用いてスペクトルを作成し、モデルマメ科植物であるMedicago truncatulaに含まれる代謝物を同定しました。これにより、植物や食品研究における代謝物の同定が可能になります。また、Bruker Sumner MetaboBASE^® Plant Librariesには、MSとNMRによって同定された84化合物の228スペクトルが含まれています。

最近、150種類以上の化合物についてBruker timsTOFで取得した衝突断面積(CCS)値が追加されたことにより、トラップド・イオンモビリティ分離から得られた直交情報によるマッチングが可能になりました。これにより、プリカーサー質量や同位体パターン、保持時間、MS/MSスペクトルに加えて、CCS値に基づいた化合物の同定が可能になりました。ほとんどの化合物について、分子式、*.mol形式の構造、InChI、およびSMILESが提供されています。

Bruker NIST 2020 Mass Spectral Libraryは、米国国立標準技術研究所（NIST）の製品で、ブルカーが再配布しています。このライブラリーは完全なNISTパッケージを含み、Marbofloxacin抗生物質、Naphthalene E&L、APCI、Luteolin glucoside flavone、レチノイン酸代謝物、Fuc-GM1(d18:1/16:0)糖脂質などの化合物をカバーしています。いくつかのスペクトルライブラリーに細分化されています。

• NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library：350,704個の電子イオン化（EI）スペクトル（306,643化合物、43,774個の複製スペクトル）が含まれており、NIST17よりも化合物数が39,729個多くなっています。
• ガスクロマトグラフィー保持指数およびメソッドライブラリー：139,382化合物の保持指数(RI)値が447,289個収録されており、40,000化合物が増加しています。さらに、RIとMSの両方を持つ114,629化合物が含まれています。
• 低分子のNISTタンデムマススペクトルライブラリー：30,999種類の化合物から185,608個のプリカーサーイオン、1,320,389スペクトルが含まれています。
  

For detailed description please refer to NIST20: Updates to the NIST Tandem and Electron Ionization Spectral Libraries at nist.gov.

MS InterpreterやHybrid SearchのようなNIST検索ソフトウェアに加え、低分子高分解能精密質量MS/MSライブラリーは、MetaboScape^® 2021以降のソフトウェアとDataAnalysisバージョン5.2以降で直接読めるようにブルカー独自でフォーマットされています。高分解能精密質量モードで取得した27,840化合物のMS/MSスペクトルが含まれています。

メタボロームは、広いダイナミックレンジにまたがる低分子の複雑な混合物で構成されています。検出可能な物質の数は、哺乳類、微生物、植物由来の内因性および外因性代謝物を含むように増加し続けており、メタボロームデータの生物学的背景を完全に理解するためには、同定が不可欠です。

そのため、以前に記載された既知の標的代謝物のアノテーションは、自動的かつ決定的なものでなければなりません。化合物が高い信頼性をもって同定された場合にのみ、生物学的に意味のある洞察を得ることができます。この信頼性は、関連する内因性および外因性代謝物を含むデータベースやスペクトルライブラリーに保存されているさまざまな基準に照合することで得られます。

Bruker QTOF装置で取得した高品質のLC-MS/MSデータとスペクトルライブラリーを照合することで、信頼性の高い同定が可能になります。MetaboScape^®は、ユーザーが定義可能なしきい値レベルに応じてこれらの情報をマッチングさせることができます。グラフィカルなアノテーション品質 "AQ "表示により、分析者はMetaboScape^®で自動的に生成された各アノテーションの信頼性を容易に評価することができます。

完全に統合されたMetaboScape^®ワークフローソリューションでは、既知化合物の自動同定のために、いくつかの補完的なスペクトルライブラリーがサポートされています。これらの代謝物ライブラリーには、Bruker HMDB Metabolite Library、Bruker MetaboBASE® Personal Library、Bruker MetaboBASE^® Plant Library、Bruker NIST Spectral Library、さらにパブリックライブラリーやカスタムライブラリーが含まれます。   

これらのスペクトルライブラリーはPCに保存され、パフォーマンスとスループットの両方を提供し、情報管理に対する懸念を排除するためにローカル検索機能を提供します。

代謝物の同定には、利用可能なすべての情報を収集する必要があります。これには、純粋な標準物質のフラグメントスペクトルとメタボロミクスサンプルから得られたスペクトルの比較も含まれます。フラグメントの質量と強度分布は、代謝物の同定に非常に重要な役割を果たします。

スペクトルライブラリーの内容は、MetaboScape^®ソフトウェアまたはブルカーDataAnalysis を使用して検索されます。どちらもローカル PC 上で動作し、プライベート検索機能を提供します。さらに、両方のソフトウェアソリューションは、専有化合物のカスタムライブラリーを作成し、ASCIIフォーマットにエクスポートするように設計されています。これにより、ライブラリーをオープンソース形式と共有することができます。

オリジナルのMS/MSスペクトルライブラリーは、ブルカーのライブラリーエディタで簡単に作成できます。既存の化合物スペクトルのカバレッジを拡張したり、様々なコリジョンエネルギーで測定したスペクトルを参照して既存の情報を補完したりすることができます。複数のコリジョンエネルギーで測定されたライブラリースペクトルは、幅広い代謝物の自動同定と高い信頼性を保証します。