Wie kann man mit Hilfe der Spektroskopie den Stoffwechselfluss in der synthetischen Biologie untersuchen?

1 Was ist Spektroskopie?

Spektroskopie ist die Untersuchung, wie Materie mit elektromagnetischer Strahlung wie Licht, Mikrowellen oder Infrarot interagiert. Indem Sie eine Probe einer bestimmten Wellenlänge oder Frequenz von Strahlung aussetzen, können Sie beobachten, wie sie Energie absorbiert, reflektiert oder abgibt. Dies kann Informationen über die Struktur, Zusammensetzung und Dynamik der Probe preisgeben. Sie können beispielsweise die Spektroskopie verwenden, um die chemischen Bindungen, funktionellen Gruppen oder Isotope in einem Molekül zu identifizieren.

2 Wie misst die Spektroskopie den Stoffwechselfluss?

Der metabolische Fluss ist die Geschwindigkeit, mit der Metaboliten in einem Stoffwechselweg verbraucht oder produziert werden. Um den Stoffwechselfluss zu messen, müssen Sie verfolgen, wie ein markiertes Substrat, wie z. B. Glukose, im Laufe der Zeit in verschiedene Metaboliten umgewandelt wird. Bei der Markierung kann es sich um ein Isotop wie Kohlenstoff-13 handeln, das eine andere Masse oder einen anderen Kernspin als die natürliche Häufigkeit hat. Mit Hilfe der Spektroskopie können Sie das Vorhandensein und die Häufigkeit der Markierung in verschiedenen Metaboliten nachweisen und daraus ableiten, wie der Fluss auf verschiedene Zweige des Signalwegs verteilt ist.

3 Welche Arten von Spektroskopie gibt es für die Analyse des Stoffwechselflusses?

Die Spektroskopie ist ein wesentliches Werkzeug für die Analyse des metabolischen Flusses, wobei je nach Art der Markierung und der erforderlichen Auflösung verschiedene Arten der Spektroskopie verwendet werden. Massenspektrometrie (FRAU) ist eine beliebte Wahl, um das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von Ionen in einer Probe zu messen, um die Isotopenzusammensetzung verschiedener Metaboliten zu trennen und zu quantifizieren und die fraktionelle Anreicherung der Markierung zu berechnen. Kernspinresonanz (NMR) ist eine weitere Technik, die ein Magnetfeld und Radiowellen verwendet, um Spinübergänge verschiedener Isotope wie Kohlenstoff-13 oder Wasserstoff-2 zu induzieren und zu detektieren, um die Position und Konnektivität der Markierung in verschiedenen Metaboliten aufzudecken und strukturelle Informationen zu liefern. Fourier-Transformation Infrarot (FTIR) Die Spektroskopie misst die Infrarotabsorption von Molekülen in einer Probe mit einem Interferometer und einem Detektor, um das Infrarotspektrum verschiedener Metaboliten zu erzeugen und aufzuzeichnen, um funktionelle Gruppen und chemische Bindungen zu identifizieren, die die Markierung enthalten.

4 Was sind die Vorteile und Grenzen der Spektroskopie für die Stoffwechselflussanalyse?

Die Spektroskopie bietet mehrere Vorteile für die Analyse des Stoffwechselflusses, wie z. B. hohe Empfindlichkeit und Spezifität, nicht-invasive und zerstörungsfreie Messungen sowie Multiplexing- und Parallelisierungsfähigkeiten. Die Spektroskopie hat jedoch auch einige Einschränkungen, wie z. B. hohe Kosten und Komplexität, geringe räumliche und zeitliche Auflösung sowie Interferenzen und Rauschen. Die Spektroskopie kann sehr geringe Konzentrationen markierter Metaboliten erkennen und unterscheiden und zwischen verschiedenen Isotopen und molekularen Strukturen unterscheiden, ohne dass eine chemische oder physikalische Modifikation der Probe erforderlich ist. Es kann auch mehrere Metaboliten und Signalwege gleichzeitig messen, um eine Hochdurchsatzanalyse vieler Proben durchzuführen. Auf der anderen Seite erfordert die Spektroskopie teure und ausgeklügelte Instrumente und Software sowie qualifizierte Bediener und Analytiker. Darüber hinaus kann es die räumliche Verteilung und zeitliche Dynamik des Stoffwechselflusses auf zellulärer oder subzellulärer Ebene nicht erfassen, was oft lange Probenahmezeiten und große Probenvolumina erfordert. Darüber hinaus kann es durch das Hintergrundsignal, den Matrixeffekt oder die überlappenden Spektren verschiedener Metaboliten beeinflusst werden, was eine Kalibrierung und Normalisierung erforderlich macht.