Лаборатория молекулярной биофизики | ГНЦ ИБХ РАН

🧠 ВИКТОРИНА🧠

Мы разобрали физические основы MALDI-ToF, почему вирусы — вызов для масс-спектрометрии, какие стратегии работают и как читать масс-спектры с учётом изотопного состава.
Теперь — короткая викторина из 10 вопросов

✅Итог:

MALDI-ToF масс-спектрометрия для вирусов сегодня - это не рутинный метод, а набор специализированных протоколов: либо многоступенчатая пробоподготовка (гидролиз + хроматография, или ПЦР-амплификация), либо сложная постобработка данных с помощью машинного обучения. Времяпролётный анализатор как измерительный инструмент достаточно точен - узкие места на входе (десорбция/ионизация крупных частиц, матричный шум) и на выходе (интерпретация спектров).

Оригинал статьи тут
#метод@mol_biophys

🧫Почему вирусы - вызов для масс-спектрометрии?

Три фундаментальные физико-химические проблемы:

1. Масштаб:
Вирион гриппа ≈ 2·10⁸ Да (1 Да ≈ 1,66·10⁻²⁴ г), бактерия ≈ 10¹² Да => разница в массе - 4–5 порядков. Масса белка в одном вирионе - единицы фемтограмм (10⁻¹⁵). Для уверенной детекции MALDI нужна концентрация ≥10¹⁰–10¹¹ вирионов/мл. Это достижимо только при высоком титре в культуре клеток - но там протеом клеток-хозяев доминирует, создавая массивный фон.

2. Матричный шум:
Стандартные матрицы CHCA и DHB сами ионизируются, давая кластерные ионы в диапазоне m/z 300–2000 Да. При попытке детектировать целые капсидные белки (40–60 кДа, например, нуклеокапсид SARS-CoV-2 - 46 кДа) эффективность ионизации низкая (10⁻⁶–10⁻⁷), сигнал теряется. Возможное решение - ферментативный гидролиз трипсином - нарезка на пептиды 800–2500 Да, уход в диапазон, где матричный шум терпим, но это добавляет этап пробоподготовки.

3. Прямой анализ клинического материала без культивирования:
Вирус в мазке или крови - ничтожное количество белка на фоне тысяч белков человека. Сигнал/шум настолько плох, что классические алгоритмы сравнения не работают.

🔬Стратегии, которые уже работают или близки к этому:

1. LC-MALDI (протеомное картирование):
После триптического гидролиза смесь разделяют жидкостной хроматографией обращённой фазы, фракции автоматически наносят на MALDI-мишень и измеряют. Идентификация происходит через поисковые машины (MASCOT) по совпадению экспериментальных масс пептидов с теоретическими из базы вирусных белков. Так изучают белок-белковые взаимодействия (герпесвирус, ВИЧ, HCV) и картируют протеом вириона. Но для рутинной клинической диагностики это слишком долго.

2. MALDI-ToF как детектор ПЦР (SNP-анализ):
Другой подход - масс-спектрометр измеряет не пептиды, а олигонуклеотиды — короткие продукты амплификации (15–50 нт). Молекулярная масса ≈ 330 Да × число нуклеотидов. Разрешения прибора достаточно, чтобы уверенно различать фрагменты, отличающиеся на один нуклеотид (Δm ≈ 330 Да при инструментальной погрешности 50–100 ppm). Не нужны флуоресцентные метки, можно мультиплексировать до 30 реакций в одной лунке. Метод работает для типирования ВПЧ, мутаций резистентности ВИЧ, а для SARS-CoV показал точность выше, чем классическая детекция.

3. Прямое профилирование + машинное обучение:
В работе с SARS-CoV-2 (n>300) решили использовать клинические мазки без очистки - стандартная спиртовая экстракция, нанесение с CHCA. Спектр состоит из сотни пиков - 95% человеческий белок и матриксный шум. Классическая статистика (критерий Вилкоксона) не даёт значимых различий между COVID+ и COVID-. Нашли следующее решение: алгоритм k ближайших соседей (k-NN). В многомерном пространстве (ось m/z дискретизирована на тысячи бинов) модель ищет такие комбинации масс-пиков, которые коррелируют с наличием вируса — даже если каждый пик по отдельности неотличим от шума. Результат: специфичность 71%, точность 68%. До ПЦР далеко, но впервые прямое профилирование без очистки дало работающую модель.

MALDI-ToF В ВИРУСОЛОГИИ

🗂Базовые принципы MALDI-ToF:

📝MALDI-ToF - матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация. Образец смешивают с органической матрицей (CHCA, DHB), лазерный импульс (337 нм, 3 нс) поглощается этой матрицей и происходит взрывоподобный переход в газовую фазу с переносом протона на аналит. Времяпролётный анализатор разгоняет ионы в поле 20 кВ, время пролета t ~ √(m/z). Разрешение современных ToF - до 40 000 FWHM.

Для бактерий метод стал золотым стандартом, потому что чистая культура 10⁵–10⁶ КОЕ/мл даёт мощный сигнал рибосомальных белков и последующая идентификация по библиотеке спектров занимает минуты.

Друзья, коллеги.

Великая Победа ковалась не только на передовой. В лабораториях, КБ, на опытных заводах учёные и инженеры делали невозможное - создавали технологии, которые спасали жизни и приближали конец войны.

Наш долг - помнить цену этого времени и быть достойными преемниками тех, кто отстоял право на будущее. Спасибо ветеранам и труженикам тыла. Вечная память павшим.

С Днём Победы! Выдержки и осмысленной работы на благо страны.

Ваш научный руководитель
Залыгин Антон Владленович

С Днём Победы! 🕊

9 Мая — это день памяти, мужества и огромной силы духа. День, который напоминает, какой ценой была достигнута Победа и какой вклад в неё внесли миллионы людей — на фронте, в тылу, в науке и промышленности.

Для нас важно сохранять эту память и передавать её дальше. Помнить подвиг, уважать историю и ценить мир, который был отвоёван.

С праздником Великой Победы!

ОЦ «Сириус», смена по практической химии: первые впечатления 🔬

Член СМУС Константин Гринь вместе с Дмитрием Пановым и Андреем Витальевичем Наумовым работают над проектом «Сверхчувствительная сенсорика на основе гиперусиленного комбинационного рассеяния». Проект реализован специалистами из МПГУ и является уникальным междисциплинарным исследованием, посвящённым внедрению передовых образовательных методик.

Коллеги делятся:

Организация на высоте, программа насыщенная.
Познакомились с одарёнными школьниками — все стремятся в науку: химия, физика, бионанотехнологии. Многие — активные олимпиадники.
Андрей Витальевич прочитал лекции по оптике и фотонике, прошли семинары по синтезу наноструктур для детектирования веществ в сверхнизких концентрациях.

На данный момент началась практическая работа — приготовление электролита для электрохимических реакций.

Ждём новостей!

🪐🚀
Не забывайте подписываться на нас:
💬 Телеграм-канал
💙 Группа ВКонтакте
💬 Канал в MAX

Наш Константин, наш коллега Константин проводит смену по практически химии в образовательном центре «Сириус»