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Laborautomation bei Metabolomics-Studien Epidemiologische Probensätze auf dem Prüfstand

| Autor/ Redakteur: GUIDO DEUßING* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Sollen große Sätze an Blut-, Plasma- oder Urinproben in einem akzeptablen Zeitraum und präzise analysiert werden, macht Handarbeit aus Sicht von Experten wenig Sinn. Metabolomics-Studien erfordern eine vollständig automatisierte Vorgehensweise.

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(Bild: © Kheng Guan Toh - Fotolia)

Die Entstehung von Herz-Kreislauferkrankungen, Adipositas, Diabetes und einigen Krebserkrankungen wird von Experten u.a. mit mangelnder Bewegung und einer falschen Ernährungsweise in Verbindung gebracht.

Vor allem fettreiche Lebensmittel können Gesundheit und Wohlbefinden nachhaltig beeinträchtigen. Menschen reagieren jedoch unterschiedlich auf vergleichbare Lebensweisen. Anders lässt es sich nicht erklären, dass zum Beispiel eine Fast-Food-dominierte Ernährung den einen an Gewicht und Körperumfang zunehmen und erkranken lässt, einen anderen jedoch nicht.

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Ursächlich sind möglicherweise nuancierte Unterschiede im genetischen Bauplan hinsichtlich Verarbeitung und Verwertung der Nahrung im Organismus. Um mit Blick auf die Volksgesundheit den Einfluss der Ernährung auf die Gesundheit sowie die Rolle und den Einfluss des Gen-Pools untersuchen zu können, werden großangelegte epidemiologische Studien durchgeführt, die den Stoffwechsel und die resultierenden Stoffwechselprodukte (Metabolite) in den Blick nehmen. Deren Gesamtheit wird als Metabolom bezeichnet, ihre Erfassung und Quantifizierung als Metabolomics.

Profilierung tausender Einzelkomponenten

Auf der Suche nach Erkenntnisgewinn und Erklärung möglicher genetischer und ernährungsbedingter Zusammenhänge, arbeiten Forscher im Zuge der Metabolit-Profilierung daran, insbesondere im Blut, Urin oder in anderen Körperflüssigkeiten Biomarker zu identifizieren, die Aufschluss geben über die im Körper ablaufenden Stoffwechselprozesse. Zum Einsatz kommen in aller Regel anspruchsvolle hinreichend aussagekräftige Analysentechniken wie die Massenspektrometrie oft in Verbindung mit der Gaschromatographie oder der Hochleistungsflüssigchromatographie (GC/MS, LC/MS).

Um einen wissenschaftlichen Beleg (Evidenz) für eventuelle ausgeprägte krankheitsmodifizierende Effekte zu erhalten und, daran anknüpfend, Auskunft über Stoffwechselerkrankungen geben oder Patienten diätische Empfehlungen aussprechen zu können, braucht es verlässlicher, umfangreicher Datenmengen: Metabolomics-Studien gehen nicht selten mit der Bestimmung hunderter bis tausender Einzelkomponenten in sehr großen Probensätzen einher.

Metabolomics nur automatisiert sinnvoll

Allein die große Zahl an Proben und Analyten in einem begrenzt überschaubaren Zeitraum zu untersuchen, stellt eine Herausforderung dar. Obendrein gilt es, Rahmenbedingungen zu schaffen, die zuverlässig reproduzierbar richtige Resultate gewährleisten.

Diesem Anspruch gerecht werde man nur schwer vermittels auch solider Handarbeit, sind Experten überzeugt und setzen bei ihrer Metabolomics-Forschung auf ein Maximum an Automatisierung. Etwa Laura Yun Wang und Kollegen vom Elsie Widdowson Laboratory und vom Institute of Metabolic Science im englischen Cambridge.

In ihrer online auf Genome Medicine freizugänglich (Open Access) publizierten Arbeit, berichten Laura Yun Wang et al. über ihre Entwicklung und Validierung einer robusten, vollständig automatisierten Methode zur Bestimmung von Phospholipid-Fettsäuren aus menschlichem Blutplasma zwecks metabolischer Phänotypisierung im Rahmen einer großangelegten, epidemiologischen Studie mit einem Probensatz mit n > 25 000 [1, 2].

Deutlich stellen die Wissenschaftler dar, wo sie die Schwierigkeiten der klassischen, in der Regel in weiten Teilen manuellen oder zumindest nur teilautomatisierten Analytik sehen, wie sie die für die Methode relevanten Arbeitsschritte vollständig automatisiert und auf Tauglichkeit überprüft haben.

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