carolina simó - agilent...‐nmr ‐gc‐ms, gcxgc‐ms ‐lc‐ms, lcxlc‐ms ‐ce‐ms agilent...

Carolina SimóCientífico Titular CSIC

www.cial.uam‐csic.es/pagperso/foodomics/carolina.html

‐ Departamento de Bioactividad y Análisis de Alimentos 

‐ Departamento Biotecnología y Microbiología de Alimentos 

‐ Departamento Producción y Caracterización de Nuevos Alimentos

DEPARTAMENTOS:

Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentaciónhttp://www.cial.uam‐csic.es

http://www.cial.uam‐csic.es/metabolomics.html

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Estudio sistemático de los metabolitos presentes en un sistema biológico

1. Gran variedad de moléculas con estructuras químicas muy diversas(lípidos, carbohidratos, ácidos orgánicos, aminoácidos, nucleótidos, metabolitos secundarios, etc…)

2. Intervalo de concentración dinámico grande

APROXIMACIONES / ESTRATEGIAS:

“Metabolic profiling”Estudio dirigido al análisis de un número determinado de metabolitos relacionados entre sí a través de rutas metabólicas o por su similitud estructural.

“Metabolic fingerprinting”Obtención de la mayor información posible del metaboloma de una determinada muestra para llevar a cabo la clasificación de fenotipos.

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Desde un punto de vista analítico, los alimentos se pueden considerar como complejas matrices sólidas, semisólidas, líquidas, compuestas por cientos o miles de componentes naturales (nutrientes y no nutrientes) o añadidos (aromas, conservantes, colorantes, etc.)

Alimentos

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

1. Objetivo de la investigación

2. Tipo de muestra y cantidad

3. Número de muestras/réplicas biológicas

4. Técnica analíticas

5. Análisis de los datos (univariante/multivariante)

6. Validación (biológica/analítica)

7. Otros!

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

MÉTODO DE EXTRACCIÓN

Tipo de muestra

(Líquido/sólido, con/sin proteínas, etc.)

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

‐ Extracción con disolventes‐ Extracción en fase sólida‐ Ultrafiltración

NO existe un método de extracción universal que permita obtener de una muestra el contenido total de metabolitos

Espectrometría de masasMS

Resonancia Magnética NuclearNMR

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

GC LC CE

GC‐MS, GCxGC‐MS LC‐MS, LCxLC‐MS CE‐MS

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis LC/GC/CE-MS:

Q/TOF MS

Cientos/miles de espectros de masas

En METABOLÓMICA el tratamiento de los datos automático es imprescindible

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

Peak alignment example 

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

‐ Detección de picos‐ Integración de picos‐ Alineamiento de picos (tiempo de retención/migración)

‐ Filtrado de las señales‐ Normalización‐ Otros!

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

http://foodb.ca

26619 componentes907 alimentos

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

‐ NMR‐ GC‐MS, GCxGC‐MS‐ LC‐MS, LCxLC‐MS‐ CE‐MS 

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Análisis

Análisis estadístico

Procesado de las señales

Diseño del experimento

Preparación de la muestra

Identificación de metabolitos

Confirmación, cuantificación

Trazabilidad

Equivalencia sustancial

Adulteración

Procesado

Salud

Legislación

ContaminaciónToxicidad

Alimentos funcionalesNutraceúticos

AllergenicityIntolerance

ConservaciónEnvasado,empaquetado

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

‐ Monitorizar/seguir la evolución de un alimento (desdeel material de partida hasta el producto final).

‐ Medir/estudiar la acción de los tratamientostecnológicos (físicos, químicos, enzimáticos) o la actividad microbiológica en las propiedades del producto final.

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Traditional way of fermentation, Korea

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

‐ Presencia de compuestos peligrosos provocados porbacterias, virus, parásitos, mohos, microalgas, etc.

‐ Presencia de compuestos como productosagroquímicos, contaminantes ambientales, residuosde fármacos, alérgenos, etc.

‐ Efectos no previstos en cultivos modificadosgenéticamente.

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

GC‐MS

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Six of the 12 identified metabolites, namely adenine, adenosine, inosine, hypoxanthine, xanthine, and UA,are associated with purine metabolism, which is otherwise known as the UA synthesis pathway

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Prácticas como: adulteraciones, etiquetadoincorrecto/engañoso, prácticas fraudulentas (producción, procesado, disgtribución), entre otras, y que tienen unaimplicación directa en la calidad y seguridad de losalimentos.

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

UPLC-LTQ/FT-ICR MS

YEAR

Quality

Cultivar

Year+quality

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Conocimiento extensivo e integrado de cómo las dietas o sus componentes afectan a los sistemas biológicos

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Principal Component Analysis (PCA) of these significant ions shows the dynamic evolution of the urine metabolome after ingestion of orange and grapefruit juice

Control

Grapefruit

Orange juice

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Zorbax Eclipse Plus C8 (2.1 mm X 100 mm, 1.8 µm)

Phase A: Water 0.01% HCOOHPhase B: ACN 0.01% HCOOH

Negative ion mode50-1100 m/z

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Since the early 2000s the highest efforts are aimed at the performance of MS analysis using “ambient” ionization techniques using combinations of different types of sample introduction systems and ionization methods

The main characteristic of ambient mass spectrometry is that it allows direct analysis of samples in open air with no or little sample preparation

Maximum high‐throughput production of information from the largest possiblenumber of samples

Ambient Mass Spectrometry

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Desorption electrospray ionization (DESI)

Electrically charged droplets are directed at the object of interest; they release ions fromthe surface, which are then vacuumed through the air into mass spectrometer

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Desorption electrospray ionization (DESI)

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Electrically charged droplets are directed at the object of interest; they release ions fromthe surface, which are then vacuumed through the air into mass spectrometer

Ions of analyte are generated by applying a high voltage to a paper triangle wettedwith a small volume (< 10 µL) of solution.

Paper Spray Ionization

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

This method provides real‐time information on sugars, amino acids, fatty acids, lipids, and alkaloids

Leaf Spray Ionization

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Agilent technologies INNOVATION TOUR 2015 23/10/2015SEMINAR IN MADRID Carolina Simó

Carolina Simó (c.simo@csic.es)www.cial.uam‐csic.es/pagperso/foodomics/carolina.html