Технологическая платформа для параллельного структурного исследования индивидуальных молекул в составе природных органических матриц.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-10127

НазваниеТехнологическая платформа для параллельного структурного исследования индивидуальных молекул в составе природных органических матриц.

Руководитель Костюкевич Юрий Иродионович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые слова масс-спектрометрия, методы ионизации, ион-молекулярные реакции, сверхвысокое разрешение, природные вещества, олигонуклеотиды, биологическая активность

Код ГРНТИ31.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Важную роль в создании новых лекарственных препаратов играют природные биологически активные вещества. Обязательным этапом их исследования является установление структуры с помощью метода спектроскопии ЯМР. Однако выделение целевого соединения из сложной смеси в количестве, достаточном для анализа, является трудо- и времязатратной задачей. Например, в классической работе Бутенандт и Карлсон (A. Butenandt & P. Karlson (1954). Form. Zeitschrift für Naturforschung B, 9(6), pp. 389-391.) для выделения 25 мг экдизона (гормона линьки насекомых) было переработано 500 кг коконов шелковичного червя. Дополнительной проблемой является высокая вероятность выделения соединений с близкой к описанным субстанциям структурой, что предполагает сходство биологических свойств и низкую значимость для медицины. Поэтому актуальной является разработка методов, позволяющих быстро получать информацию о строении индивидуальных соединений в составе сложной смеси. Таким методом является масс-спектрометрия высокого разрешения в сочетании с высокоэффективной газовой или жидкостной хроматографией. Благодаря высокой чувствительности и разрешающей способности, данный подход позволяет устанавливать точные молекулярные формулы десятков тысяч соединений одновременно. Способ получения структурной информации заключается в проведении фрагментации молекулярного иона с последующим измерением масс фрагментов. Тем не менее однозначное определение веществ с близким строением может быть затруднено из-за сходства спектров фрагментации. Более того, в случае нефтей или гуминовых веществ фрагментация единичного молекулярного иона невозможна даже на самых мощных приборах из-за молекулярного многообразия объектов исследования. Данный проект направлен на создание платформы для структурного анализа смесей природных соединений с помощью серии селективных ион-молекулярных реакций в комбинации с масс-спектрометрией высокого разрешения, которая позволяет однозначно сопоставлять продукты реакции и материнские ионы. Для этого будет разработан комбинированный ионный источник, который позволит проводить параллельный анализ различных по своей природе компонентов природных смесей за счет объединения интерфейсов электрораспыления, фотоионизации, термодесорбции и ионизации бета-электронами. Прототип такого источника был разработан руководителем проекта и применен для анализа биомакромолекул (Y. Kostyukevich et al, Analytical chemistry, 2018). Для структурного анализа интерфейс ионного источника будет объединен с системой химических реакторов для проведения ион-молекулярных реакций: дейтероводородного обмена, озонирования, бромирования и др (Y. Kostyukevich et al, Mass Spectrometry Reviews, 2018). Методики проведения ион-молекулярных реакций будут одним из важных результатов проекта. Планируется проведение автоматизации ионного транспорта из источника ионизации в химические реакторы. Для обработки масс-спектров и структурной интерпретации будет создано оригинальное программное обеспечение. По результатам применения разрабатываемой платформы для широкой выборки биологически активных веществ планируется создание библиотеки структурных дескрипторов природных соединений. Данная библиотека позволит группировать исследуемые вещества по структурным классам. Таким образом, выполнение данного проекта позволит предложить новую методологию для структурного анализа природных веществ, сравнения строения исследуемых соединений с ранее описанными биологическими агентами и предсказания биологической активности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Костюкевич Ю., Бугрова А., Чаговец В., Бржожовский А., Индейкина М., Ванюшкина А., Жеребкер А., Митина А., Кононихин А., Попов И. Хайтович Ф., Николаев Е. Proteomic and lipidomic analysis of mammoth bone by high-resolution tandem mass spectrometry coupled with liquid chromatography European Journal of Mass Spectrometry (год публикации - 2018)
10.1177/1469066718813728

2. Жеребкер А., Ширшин Е., Харыбин О., Костюкевич Ю., Кононихин А., Константинов А., Волков Д., Рознятовский В., Гришин Ю., Перминова И., Николаев Е. Separation of benzoic and unconjugated acidic components of leonardite humic material using sequential solid-phase extraction at different pHs as revealed by FTICR MS and correlation NMR spectroscopy J. Agric. Food Chem., J. Agric. Food Chem., 2018, 66 (46), pp 12179–12187 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.jafc.8b04079

3. Гриднев И., Жеребкер А., Костюкевич Ю., Николаев Е. Methylene Group Transfer in Carbonyl Compounds Discovered in Silico and Detected Experimentally ChemPhysChem (год публикации - 2018)
10.1002/cphc.201800945

4. Костюкевич Ю, Власкин М., Жеребкер А., Григоренко А., Борисова Л., Николаев Е. High resolution mass spectrometry study of the bio-oil samples produced by thermal liquefaction of microalgae in different solvents Journal of The American Society for Mass Spectrometry (год публикации - 2018)
10.1007/s13361-018-02128-9

5. Костюкевич Ю.И., Жеребкер А.Я., Власкин М., Рознятовский В., Гришин Ю., Николаев Е.Н. Speciation of structural fragments in crude oil by means of isotope exchange in near-critical water and Fourier transform mass spectrometry Analytical and Bioanalytical Chemistry (год публикации - 2019)
10.1007/s00216-019-01802-5

6. Костюкевич Ю.И, Китова А., Жеребкер А., Рух. С., Николаев Е.Н. Investigation of the archeological remains usingultrahigh resolution mass spectrometry European Journal of Mass Spectrometry (год публикации - 2019)
10.1177/1469066719840287

7. Жеребкер А., Перминова И., Костюкевич Ю., Кононихин А., Харыбин О., Николаев Е. Structural Investigation of Coal Humic Substances by Selective Isotopic Exchange and High-Resolution Mass Spectrometry faraday discussions (год публикации - 2019)
10.1039/C9FD00002J

8. Юрий Костюкевич, Глеб Владимиров, Елена Стекольщикова, Даниил Иванов, Артур Яблоков, Александр Жеребкер, Сергей Соснин, Алексей Орлов, Максим Федоров, Филипп Хайтович, Евгений Николаев Hydrogen/Deuterium Exchange Aiding Compound Identification for LC-MS and MALDI Imaging Lipidomics Analytical Chemistry, 91, 21, 13465-13474 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.analchem.9b02461

9. Юрий Костюкевич, Александр Жеребкер, Алексей Орлов, Оксана Ковалева, Татьяна Бирюкина, Борис Изотов, Евгений Николаев Hydrogen/Deuterium and 16O/18O exchange mass spectrometry can boost the reliability of the compound identification Analytical Chemistry (год публикации - 2020)
10.1021/acs.analchem.9b05379

10. Анастасия Сарычева, Антон Григорьев, Дмитрий Сидорчук, Глеб Владимиров, Филипп Хайтович, Ольга Ефимова, Ольга Гавриленко, Елена Стекольщикова, Евгений Николаев и Юрий Костюкевич Structure-Preserving and Perceptually Consistent Approach for Visualization of Mass Spectrometry Imaging Datasets ACS, Anal. Chem. 2021, 93, 3, 1677–1685 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.analchem.0c04256

11. Сергей Осипенко, Инга Башкирова, Сергей Соснин, Максим Федоров, Евгений Николаев, Юрий Костюкевич Machine learning to predict retention time of smallmolecules in nano-HPLC Springer, Analytical and Bioanalytical Chemistry (2020) 412:7767–7776 (год публикации - 2020)
10.1007/s00216-020-02905-0

12. Сергей Осипенко, Казий Боташев, Евгений Николаев, Юрий Костюкевич Transfer learning for small molecule retention predictions Journal of Chromatography A, Volume 1644, 10 May 2021, 462119 (год публикации - 2021)
10.1016/j.chroma.2021.462119

Публикации