Ученые создали высокопроизводительный метод на базе масс-спектрометрии для составления 3D-карт органических молекул — метаболитов, жиров и компонентов среды — на коже человека и окружающих его предметах. Протокол, пригодный для исполнения в любой спектроскопической лаборатории, опубликован в Nature Protocols. Там же опубликованы ссылки на свободно распространяемое программное обеспечение, необходимое для молекулярной картографии, и его описание. По задумке авторов, подобная картография может пригодиться микробиологам и медикам, а также криминалистам.

В своей среде обитания человек повсюду оставляет следы в виде молекулярных меток из липидов и метаболитов с поверхности кожи. Кожа человека сама в свою очередь является средой для обитания бактерий, видовой состав которых может меняться в зависимости от разных условий, например, заболеваний, которыми человек страдает. Для определения особенностей молекулярного и бактериального состава поверхности кожи ученые из Европейских лабораторий молекулярной биологии (EMBL) и университета Сан-Диего в Калифорнии ранее разработали метод молекулярной картографии. Метод основан на масс-спектрометрии — детекции молекул по соотношению массы к заряду.

В рамках тестирования метода авторы установили особенности липидного состава кожи на разных участках тела — лице, руках, груди и спине, а также исследовали микробные сообщества, обитающие на коже. Оказалось, что наиболее разнообразная микробиота обнаруживается у мужчины на ступнях, а у женщины на шее. В другой работе ученые вместе со своими студентами проанализировали поверхности предметов в комнате отдыха университета, некоторые личные вещи, например, телефоны и велосипеды, и по следам органики смогли ассоциировать с ними владельцев.

В новой работе исследователи доработали метод и увеличили его возможности. Авторы соединили метод масс-спектрометрии с жидкостной хроматографией, которая обеспечивает эффективную экстракцию органических молекул. Кроме того, спектр доступных для детекции ЖХ-МС малых органических молекул был существенно расширен.

Итоговый протокол включает в себя пошаговую инструкцию, описывающую сбор образцов в разных точках поверхности при помощи специальных ватных тампонов, молекулярную экстракцию веществ и анализ образцов при помощи масс-спектрометрии, а также обработку данных при помощи программного обеспечения и построение двумерных и трехмерных молекулярных карт. По задумке авторов, протоколом может воспользоваться любая лаборатория, владеющая хроматографом и масс-спектрометром.

Для демонстрации возможностей протокола исследователи построили карту веществ, выделяемых растениями розмарина, и смогли обнаружить следы пальцев на поверхности клавиатуры банкомата после того, как человек набрал на ней PIN-код, по градиенту концентрации урокановой кислоты — продукта метаболизма гистидина, которая присутствует в верхних слоях кожи.

Определение следов пальцев человека по урокановой кислоте, которой много на коже. Градиенту концентрации вещества соответствует цветовой градиент от синего (мало) до красного (много). Ivan Protsyuk et al / Nature Protocols 2017

При помощи подобного анализа, например, поверхности смартфона, можно обнаружить многие особенности его владельца, в частности, курит ли он, пользуется ли косметикой и даже какие лекарства принимает. Также молекулярные карты пригодятся и в сельском хозяйстве, к примеру, для анализа распределения пестицидов. Наконец, пример с анализом поверхности клавиатуры банкомата демонстрирует возможности применения метода в криминалистике. Масс-спектрометрия получает в этой области все более широкое применение. К примеру, мы рассказывали, как эксперты предложили определять, через какие органы прошла пуля, по присутствующим на ней белковым остаткам.

Автор: Дарья Спасская