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Massenspektrometrie in der Proteomanalytik

Massenspektrometrie-Proben miteinander vergleichen

| Redakteur: Marc Platthaus

Von der Probe zu korrekten Daten – Massenspektrometrie auf gemeinsamen Nenner gebracht
Von der Probe zu korrekten Daten – Massenspektrometrie auf gemeinsamen Nenner gebracht (Bild: Stefan Tenzer)

Gerade in der Proteinanalytik ist die Massenspektrometrie ein gerne genutztes Verfahren, liefert sie doch extrem genaue Daten. Die Auswertung dieser Daten kann aber mit Problemen verbunden sein, je nach Softwaretool kann es bei gleichen Proben zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Mainzer Wissenschaftler haben jetzt verschiedene Softwarelösungen optimiert, die eine Vergleichbarkeit der Daten gewährleistet.

Mainz – Eine Körpergewebeprobe in ihrer mengenmäßigen Zusammensetzung zu bestimmen, ist nichts woran Wissenschaftler scheitern. Die moderne Massenspektrometrie macht es möglich. Allerdings liefert bislang unterschiedliche Analysesoftware teilweise verschiedene Ergebnisse. Ein internationales Forscherteam unter Federführung von Prof. Dr. Stefan Tenzer von der Universitätsmedizin Mainz hat jetzt einen Weg gefunden, dieses Manko auszugleichen. Indem sie unterschiedliche Analysesoftware verglichen und modifizierten, haben die Forscher erreicht, dass diese Softwarelösungen nahezu einheitliche Resultate liefern. Davon profitieren weltweit verschiedenste Labore. Denn sie können fortan Ergebnisse einer bestimmten Analysemethode standardisiert auswerten beziehungsweise vergleichen. Das ist bisweilen entscheidend, um bestimmte Krankheiten, wie beispielsweise Krebs, im Körper frühzeitig zu erkennen.

Datenauswertung als schwieriges Unterfangen

Wenn es darum geht, die Ursache einer bestimmten Krankheit herauszufinden, dann sind Proben von Zellen oder Körperflüssigkeiten essenziell. Auch lassen sich Proben nutzen, um neue Marker für Erkrankungen zu entdecken. Doch die Auswertung der Daten ist ein bisweilen schwieriges Unterfangen. Nämlich dann, wenn ein und dieselbe Probe unterschiedliche Ergebnisse liefert. Das kann beispielsweise vorkommen, wenn die Messdaten mit unterschiedlichen Softwareprogrammen analysiert wurden.

Genau hier setzt die Forschung von Prof. Dr. Stefan Tenzer und seinem Team vom Institut für Immunologie der Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) an. „Wir wollten einen Weg finden, Proben optimal miteinander vergleichen zu können, auch wenn unterschiedliche Analysesoftware bisweilen verschiedene Ergebnisse liefert“, unterstreicht Tenzer. Für seine aktuelle Forschungsarbeit verwendete er zwei Proben mit genau definierten Mengenverhältnissen. Darüber hinaus entwickelten die zu Tenzers Team gehörenden Bioinformatiker, Dr. Pedro Navarro und Dr. Jörg Kuharev, eine spezielle Software. Damit lassen sich Unterschiede zwischen verschiedenen Auswertungsprogrammen detailliert analysieren. „Mit dieser Software konnten wir nachweisen, dass sich die von verschiedenen Programmen gelieferten Ergebnisse teilweise deutlich unterscheiden“, erklärt Navarro.

Quantitative Proteomanalyse mittels Massenspektrometrie

„Allein diese Erkenntnis hat das Potential, die Fachwelt aufhorchen zu lassen. Doch wir sind noch einen Schritt weiter gegangen: Die enge Zusammenarbeit mit den Entwicklern der jeweiligen Programme ermöglichte es, die verschiedenen Auswertungsprogramme so zu modifizieren, dass sich deren Ergebnisse gut miteinander vergleichen lassen“, ergänzt Tenzer. Dies verbessert die Anwendbarkeit der so genannten quantitativen Proteomanalyse mittels Massenspektrometrie. Das Proteom definiert die Gesamtheit aller Proteine einer Zelle. „Somit kann die Massenspektrometrie künftig einen noch größeren Nutzen sowohl für die Grundlagenforschung als auch als potentielles 'Diagnosetool' haben“, so Tenzer weiter.

„Dieser Fortschritt ist ein Meilenstein für die quantitative Proteomanalyse und macht diese Methode zunehmend interessant als Standardnachweis bei verschiedenen Erkrankungen wie Krebs oder Allergien“, freut sich der Wissenschaftliche Vorstand der Universitätsmedizin Mainz, Prof. Dr. Ulrich Förstermann. „Es erfüllt mich mit Stolz, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitätsmedizin Mainz Forschungsprojekte von solcher Tragweite ergebnisorientiert realisieren.“

Die wegweisenden Ergebnisse wurden im Rahmen der Technologieplattform „Quantitative Proteomanalytik“ des Forschungszentrums für Immuntherapie (FZI) der Johannes Gutenberg-Universität Mainz gewonnen.

„Dieser Erfolg demonstriert die Notwendigkeit der Bündelung von Expertisen in Technologieplattformen an der Universitätsmedizin. Ohne zentrale Unterstützung sind Erfolge wie dieser in der heutigen Zeit kaum mehr realisierbar“, so Prof. Dr. Hansjörg Schild, Direktor des Instituts für Immunologie und langjähriger Sprecher des FZI.

Die Mainzer Wissenschaftler um Prof. Dr. Stefan Tenzer haben die Methode der quantitativen Eiweißbestimmung mittels Massenspektrometrie im Laufe der letzten Jahre mehrfach verbessert. Diese Methode weist in Proben von Zellen, Geweben oder Flüssigkeiten des Körpers bestimmte Eiweiße nach, die entweder besonders häufig, selten oder gar nicht vorkommen. „Die jahrelange Arbeit innerhalb der Technologieplattform, insbesondere im Rahmen internationaler Kooperationen ermöglichte einen Quantensprung im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der proteomanalytischen Massenspektrometrie“, erläutert Tenzer. Originalpublikation: P. Navarro et al., A multicenter study benchmarks software tools for label-free proteome quantification, Nature Biotechnology, 3. Oktober 2016, DOI:10.1038/nbt.3685

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