Neue Perspektiven in der Massenspektrometrie

Dr. Thomas Müller und Dr. Kathrin Breuker forschen am Institut für Organische Chemie im Bereich der Massenspektrometrie - jedoch an ganz unterschiedlichen Fragestellungen. Beide haben vor kurzem unabhängig voneinander ihre neuesten Forschungsergebnisse in der angesehenen Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.
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Bild: Dr. Kathrin Breuker und Dr. Thomas Müller

Während sich Kathrin Breuker in den letzten Jahren verstärkt den Strukturen von Ribonukleinsäuren zugewandt hat, beschäftigt sich Thomas Müller mit Methoden zur massenspektrometrischen Synthese von organischen Molekülen. Gemeinsam mit Partnern in den USA hat er dafür nun einen neuen Ansatz entwickelt, der ein in der Massenspektrometrie normalerweise zur Ionisierung von Teilchen eingesetztes Verfahren nutzt. „Wir verwenden die dabei entstehenden, geladenen Tröpfchen als fliegende Reagenzgefäße“, erklärt Thomas Müller. „Wir haben nun erstmalig organische Moleküle in solchen Tröpfchen synthetisiert.“ Die nach dem Austritt aus einer Düse relativ großen Tröpfchen werden durch Verdampfen des Lösungsmittels immer kleiner. Dadurch nimmt die Konzentration der beigemengten Stoffe zu und ihre Reaktion wird extrem beschleunigt. „Chemische Reaktionen, die im Reagenzglas oft Stunden oder Tage dauern, laufen in unseren fliegenden Tröpfchen in wenigen Millisekunden ab“, beschreibt Müller einen wesentlichen Vorteil des neuen Verfahrens. Dies haben er und seine Forschungspartner am Beispiel einer Verbindung gezeigt, die durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verknüpfung gebildet werden kann. „Wir gehen davon aus, dass mit dieser neuen Methode in sehr kurzer Zeit sehr viele verschiedene Moleküle hergestellt werden können“, ist der Chemiker überzeugt und sieht großes Potential für die Anwendung. Die extrem kurze Reaktionszeit ermöglicht zum Beispiel den raschen Aufbau von großen Substanzbibliotheken. Darüber hinaus haben die Analysen der Chemiker gezeigt, dass bei diesem neuen Verfahren Nebenprodukte entstehen, die in Lösungen nicht synthetisiert werden können.

Bauplan aus Bruchstücken rekonstruiert

Die Untersuchung von Proteinen mittels Massenspektrometrie ist in vielen Labors Routine. Die dabei eingesetzten Methoden können aber nicht ohne weiteres auch für die Analyse von Ribonukleinsäuren (RNA) adaptiert werden. Kathrin Breuker hat nun mit ihrem Team ein neues Verfahren zur Entschlüsselung des Bauplans von RNA entwickelt. Sie vergleicht dazu die Daten aus zwei unterschiedlichen massenspektrometrischen Experimenten, in denen der Zerfall von RNA entweder durch Kollisionen oder durch Elektronenabstreifung bewirkt wird. „Die RNA bricht in den beiden Fällen an unterschiedlichen Stellen der Struktur“, erklärt START-Preisträgerin Breuker. „Aus einer detaillierten Analyse der verschiedenen Fragmente können wir dann die Sequenz der RNA entschlüsseln.“ Breuker hat dies in der nun veröffentlichten Arbeit für eine tRNA mit 76 Nukleinsäuren geschafft. Der große Vorteil ihrer Methode: Man kann damit auch biologisch relevante, chemische Veränderungen an der RNA identifizieren und lokalisieren. Das sind Informationen, die mit herkömmlichen Sequenzierungsverfahren verloren gehen. „Neueste Erkenntnisse aus der biomedizinischen Forschung weisen darauf hin, dass RNA weitaus bedeutendere Funktionen im Organismus hat als bisher angenommen wurde. Für das boomende Feld der RNomics ist die Entwicklung neuer Verfahren deshalb enorm wichtig.“ sagt Breuker.