В этом интервью News-Medical Life Sciences беседует с Ричардом Йостом, лауреатом Питтсбургской премии в области аналитической химии 2021 года, о его исследованиях в области масс-спектрометрии и его презентации на Pittcon.

Поздравляем с получением Питтсбургской премии аналитической химии. Как вы относитесь к этой награде?

Я очень рад получить эту награду. Люди, выигравшие его в прошлом, являются пионерами и лидерами в области аналитической химии, и для меня большая честь присоединиться к ним. Это также прекрасная возможность отметить инструменты, которые мы все разработали для измерения параметров аналитической химии.

Если мы думаем о какой-либо части жизни, успехи, как правило, обусловлены инструментами, позволяющими видеть или измерять вещи; все, от лакмусовой бумаги давным-давно до микроскопов, высокогорных телескопов и масс-спектрометров.

Для меня большая честь получить эту награду и иметь возможность провести симпозиум о том, как масс-спектрометрия развивалась за эти годы.

Изображение предоставлено: Shutterstock / Юрчанка Сергей

Название вашего симпозиума: «Аналитическая масс-спектрометрия: как мы сюда попали, куда мы идем?» Не могли бы вы дать нам некоторое представление об этой теме?

Я заинтересовался масс-спектрометрией, когда был аспирантом 45 лет назад.

В то время масс-спектрометры были большими неуклюжими приборами – о компьютерном управлении в то время даже не мечтали. Они имели большие магнитные секторы и были разработаны для измерений в физике или физической химии, а не в аналитической химии, как сегодня.

Масс-спектрометрия кардинально изменилась за последние 40 лет, и с тех пор она стала золотым стандартом аналитической химии.

Интересно подумать, почему это так, но влияние масс-спектрометрии не подвергается сомнению; он стал предпочтительным методом для различных применений, от анализа окружающей среды до биомедицинского анализа и скрининга новорожденных.

Фактически, каждый год только в Соединенных Штатах почти 10 миллионов младенцев проходят тестирование на наследственные заболевания, что спасает тысячи из них от ранней смерти. Это замечательный пример того влияния, которое масс-спектрометрия оказывает сегодня.

Куда идет масс-спектрометрия?

Думаю, он становится все больше и лучше. Я оглянулся назад, когда я впервые стал преподавателем Университета Флориды 40 лет назад, и на один из первых выпусков аналитической химии (журнала), чтобы увидеть, сколько статей было по масс-спектрометрии – это была одна статья. из пятидесяти.

Однако, если вы посмотрите на самый последний выпуск Аналитической химии, треть статей посвящена масс-спектрометрии. Этот пример показывает этот замечательный рост.

Проведение симпозиума для этой награды дало шанс выбрать четырех докладчиков, которые могли бы рассказать о том, куда идет масс-спектрометрия.

У нас есть Алан Маршалл из штата Флорида, который получил эту награду десять лет назад. Он собирается поговорить о масс-спектрометрии с самым высоким разрешением, которую мы можем сделать – масс-спектрометрии с преобразованием Фюрье, – и о том, к чему это приведет.

У нас также есть Эрин Бейкер из штата Северная Каролина, одна из молодых звезд масс-спектрометрии, рассказывающая о том, как многомерная методология, использующая подвижность ионов, движет «Омикс-анализ».

Третий докладчик – Сьюзан Ричардсон из Университета Южной Каролины. Она является нынешним президентом Американского общества масс-спектрометрии и расскажет о том, как масс-спектрометрия повлияла на анализ окружающей среды и какие области применения будут развиваться дальше.

Наконец, Джон Йейтс из Исследовательского института Скриппса собирается рассказать о проведении анализа отдельных нейронов с помощью масс-спектрометрии.

Симпозиум предоставит фантастическое представление о том, что происходит с масс-спектрометрией, а также о том, как это произошло.

Изображение предоставлено: Shutterstock / Guschnkova

Масс-спектрометрия – полезный аналитический инструмент, который измеряет отношение массы к заряду молекул. Какие новые технологии и методы позволили со временем улучшить этот процесс?

Я могу указать на три различных области, в которых приборы и методология масс-спектрометрии изменились с течением времени.

Первый – это методы ионизации. Исторически сложилось так, что мы могли ионизировать вещи, которые можно было перевести в газовую фазу, ударяя по ним электронами (электронная ионизация). Сегодня мы можем легко ионизировать белки и пептизировать очень большие биологические молекулы, даже ДНК. Этому способствовали успехи в методах ионизации.

Второй включает новые способы сборки масс-анализаторов. На протяжении всей своей карьеры я в основном работал с тандемной масс-спектрометрией, чего у нас не было, когда я был аспирантом. С тех пор масс-спектрометрия высокого разрешения с использованием новых типов анализаторов приобрела невероятно важное значение.

Наконец, есть осознание того, что масс-спектрометрия дает огромное количество данных. Компьютеризация масс-спектрометрии становится все более важной, и сегодня вам нужен жесткий диск рядом с масс-спектрометром, на котором хранятся терабайты данных, чтобы получить данные даже за неделю или две.

Масс-спектрометрия используется для различных целей, включая определение углерода, тестирование на наркотики и идентификацию белков. Что делает масс-спектрометрию уникальной возможностью для научных исследований?

Интересно подумать о том, почему масс-спектрометр так резко вырос во многих областях. Когда я был аспирантом, оптическая спектроскопия была доминирующим инструментальным аналитическим методом, но это изменилось.

В оптическом спектрометре вы помещаете образец в кювету, пропускаете через него свет или другие виды электромагнитного излучения, а затем сортируете свет. Однако в масс-спектрометре вы ионизируете молекулы и сортируете молекулы – фактически сортируя то, что вы измеряете.

Масс-спектрометрия уникальна среди спектроскопических методов, поскольку она не только дает спектр, но и является методом разделения, при котором сами ионизированные молекулы физически разделяются по соотношению масса-заряд.

Это делает масс-спектрометрию уникальной мощью для решения сложных задач, что является одной из основных причин, почему она стала одной из доминирующих аналитических методологий 21 века.

Изображение предоставлено: Shutterstock / BillionPhotos

Что ждет вас и ваших исследований?

Моя жена думает, что мне следовало выйти на пенсию несколько лет назад, но я слишком увлекаюсь исследованиями. Мои собственные исследования сегодня в основном в биомедицинских областях, особенно в метаболомике – малых молекулах в живых организмах. Большая часть нашей работы сосредоточена на людях и занимается изучением болезней.

Мы создали здесь, в Университете Флориды, большой метаболомный центр, и я возглавляю Консорциум метаболомики NIH по всей стране. Еще я люблю проводить время в классе. В этом семестре я преподаю первокурсникам и пытаюсь увлечь их химией, как мы, когда были моложе.

В связи с растущими темпами технического прогресса в этом десятилетии, научные лабораторные методы постоянно развиваются. Каким вы видите будущее лабораторных технологий?

Одна вещь, которую я хотел бы увидеть, – это метод ионизации, который работает с видами биологических молекул, с которыми мы работаем каждый день, но который также работает так же, как электронная ионизация. Это означало бы, что все ионизируется повсеместно – неважно, что это за молекула, все они ионизируются одинаково. Ни один метод ионизации больших молекул не делает этого.

Во-вторых, мне бы хотелось, чтобы метод хроматографического разделения больших и нелетучих молекул заменил жидкостную хроматографию, метод, который работает так же, как и капиллярная газовая хроматография, предлагая феноменальное разрешение и очень простой в применении. ВЭЖХ и УВЭЖХ далеко не так эффективны, как классическое разделение методом капиллярной ГХ.

Это два конкретных достижения, которые я хотел бы увидеть в масс-спектрометрии в течение следующих десяти или двух лет.

Аналитическая масс-спектрометрия от AZoNetwork на Vimeo.

Исследовательская группа Йоста проводит исследования, оказывающие влияние на клинический, фармакологический, биотехнологический, экологический и судебно-медицинский анализ. Как этот междисциплинарный подход влияет на ваши исследовательские вопросы?

Один из моих коллег однажды сказал, что моя группа настолько разнообразна в том, чем мы занимаемся, что на самом деле это не исследовательская группа. Но другой коллега отметил, что наша группа уникальна тем, что мы создаем новые инструменты и применяем их для решения уникальных задач во всех дисциплинах.

Эта синергия между разработкой приборов, фундаментальными принципами и приложениями невероятно важна для продвижения науки вперед, и это, безусловно, был подход, который мы использовали в моей лаборатории на протяжении последних четырех десятилетий.

Какую роль этот центр играет в качестве директора Юго-восточного центра интегрированной метаболомики (NIH) в продвижении инновационных исследований?

Когда мы создали Центр около десяти лет назад, он отразил осознание в NIH того, что, несмотря на все их большие инвестиции в геномику (изучение ДНК, которая определяет то, что вы унаследовали от своих родителей) и протеомику (белки, которые являются непосредственно кодируется генами), он по-прежнему дает неполную картину биологического здоровья и здоровья человека.

Я понял, что пора вернуться к тому, с чего мы начали масс-спектрометрию, – к изучению малых молекул – метаболомике.

За последнее десятилетие NIH вложил много ресурсов в развитие метаболомики. Частично это связано с целевой метаболомикой, где вы ищете и количественно оцениваете конкретные маркеры. Например, когда вы посещаете своего врача, и он заказывает набор тестов, чтобы определить, что происходит, или просто проверить исходный уровень, это целевой анализ.

Ненаправленная метаболомика ищет соединения, которые со временем изменяются в организме человека, исследуя изменения у людей с заболеванием или без него или после лечения. Такая нецеленаправленная глобальная метаболомика ведет к открытию новых биомаркеров.

Как вы, как профессор патологии, иммунологии и лабораторной медицины в Университете Флориды, видите, как ваши исследования претворяются в вашу преподавательскую деятельность?

Я уже говорил о важности широты области применения в аналитической химии, и, поскольку масс-спектрометрия стала таким важным инструментом в биомедицине, для меня имеет смысл записаться в Медицинский колледж.

Даже сегодня, когда я преподаю первокурсникам вводную химию, мы проводим много времени, говоря о химии, лежащей в основе здоровья и болезней человека. Это влияет на мои исследования, и поскольку большинство моих аспирантов интересуются биомедицинскими приложениями масс-спектрометрии, это также влияет на мои педагогические идеи.

Было весело стоять одной ногой за дверью факультета фундаментальной науки и химии и одной ногой за дверью медицины.

Какое влияние Pittcon оказывает на известность и влияние вашего исследования?

Моя первая Питтсбургская конференция была в 1976 году, и с тех пор я посещаю ее почти каждый год.

Pittcon – крупная конференция, посвященная широте охвата аналитической химии. Это фантастическая возможность увидеть, как на симпозиумах мировых лидеров в этой области рассказывается о том, куда идет наука, и увидеть инструменты и инструменты, которые мы все используем для этого.

Я организовывал симпозиум с Pittcon почти каждый год в течение последних 30 лет, потому что это такая фантастическая возможность собрать вместе химиков-аналитиков и ученых-измерений со всего мира, чтобы обсудить, где наши дисциплины пересекаются и развиваются.

Вы должны восхищаться кадрами людей в Питтсбурге, которые так много сделали для того, чтобы эта конференция стала возможной и поддерживала ее каждый год, в том числе в этом году, где она проводится виртуально.

Почему вы считаете, что Pittcon важен в науке и технологиях?

За последний год мы сделали практически все виртуальным, и личные встречи должны быть небольшими, если они у нас вообще есть.

Я думаю, что, хотя мы все страдаем от выгорания Zoom, совместное научное общение, даже виртуальное, по-прежнему невероятно важно. Это, безусловно, важно для моих аспирантов и других членов моей группы, которые только начинают свою карьеру.

Все с нетерпением ждут возможности снова встретиться лично, потому что неформальное и неформальное общение, которое мы имеем на личных конференциях, имеет огромную ценность. Это сложно воспроизвести в виртуальном окружении.

Я думаю, что в долгосрочной перспективе собрать вместе тысячи людей, чтобы обсудить свои дисциплины и поделиться своей работой, будет по-прежнему так же важно, как и когда-либо. Pittcon – прекрасный тому пример.

О Ричарде Йосте

Исследования в нашей группе сосредоточены вокруг трех аспектов аналитической масс-спектрометрии и связанных с ней методов: приборное оборудование, основы и приложения. Разработка приборов включает проекты в области тандемной масс-спектрометрии (МС / МС) и подвижности ионов, в том числе разработку первой лазерной микрозондовой системы МС / МС, способной отображать следовые уровни лекарств и биомолекул в образцах тканей. Фундаментальные исследования в нашей группе используют как эксперимент, так и компьютерное моделирование / симуляцию для изучения таких вопросов, как движение ионов и ион-молекулярные взаимодействия в подвижности ионов в сильном поле. Применение методов, разработанных в нашей группе, включает широкий спектр исследований в области клинического, фармакологического, биотехнологического, экологического и судебно-медицинского анализа.