Optrævling af den molekylære kompleksitet af cellulære maskiner og miljøprocesser

At studere blandingerne dannet af molekylære maskiner i celler, eller blandingerne fundet i en grundvandsfane kræver kraftige instrumenter. Forskere bruger et af verdens mest kraftfulde 21-Tesla Fourier transformation ion cyclotron resonans massespektrometre (21T FTICR MS) for at få svar. Instrumentet er hos EMSL, det miljømolekylære laboratorium, en brugerfacilitet hos US Department of Energy Office of Science. To undersøgelser viser instrumentets potentiale. I en undersøgelse, EMSL-forskere skabte mere end 8, 000 molekylære formel tildelinger fra blandinger af opløst organisk stof. I en anden, forskere identificerede og opdagede hurtigt nye typer metalbindende molekyler kaldet sideroforer, lavet af bakterieceller.

Instrumentet vil lade forskere fra hele verden tackle tidligere vanskelige spørgsmål om, hvordan blandinger af kemikalier og andre bestanddele interagerer, transformere over tid, og føre til større fænomener og dagligdags udfordringer. Disse udfordringer omfatter opførsel af celler i en bioreaktor, bevægelse af forurenende stoffer i undergrunden, og dannelsen og omdannelsen af ​​aerosolpartikler, der bidrager til atmosfæriske forurenende stoffer.

Som den højeste ydeevne massespektrometri teknik, FTICR MS er blevet mere og mere værdifuldt i de senere år til forskningsapplikationer. FTICR MS bestemmer masse-til-ladning-forholdet mellem ioner ved at måle frekvensen, hvormed ioner roterer i et magnetfelt, giver ultrahøj opløsning og massemålingsnøjagtighed. 21T FTICR MS, som er en af ​​kun to i verden med denne høje magnetiske feltstyrke, gik online på EMSL i 2015. I en nylig undersøgelse, et hold af EMSL-forskere evaluerede præstationsgevinster produceret af denne høje magnetiske feltstyrke. De fandt ud af, at dette næste generations instrument giver rutinemæssig analyse af store intakte proteiner, måler præcist den fine struktur af isotoper, og fremkalder mere information end nogensinde før fra komplekse naturlige organiske stofblandinger. Den indledende præstationskarakterisering af 21T FTICR MS demonstrerer et enormt potentiale for fremtidige anvendelser til ekstremt komplekse molekylære blandinger og systemer, der ofte forekommer i miljø-, biologiske, atmosfærisk, og energiforskning. I øvrigt, dette hidtil usete niveau af masseopløsning og nøjagtighed vil hjælpe med at fremme udbredt brug af top-down proteomics - en tilgang, der muliggør nøjagtig karakterisering af forskellige proteinvarianter med forskellig biologisk aktivitet.

Som resultat, dette transformative instrument vil gøre det muligt for brugere fra hele verden at tackle tidligere vanskelige spørgsmål relateret til atmosfæriske, terrestrisk, og underjordiske processer; mikrobielle samfund; udvikling af biobrændstof; og miljøsanering.