Sample preparation for matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI MS) and gas phase electrophoretic macromolecular mobility analyzer (GEMMA) related to proteins, polymers and intact Fusarium spores

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation wurden zwei Substanzklassen, nämlich (Glyko)Proteine sowie wasserlösliche Polyethylenglykole (PEG) mittels MALDI MS (Matrix-unterstützter Laser Desorptions-/Ionisationsmassenspektrometrie) und GEMMA (Gas Phase Electrophoretic Macromolecular Mobility Analyzer) untersucht, wobei die exakte Molekulargewichtsbestimmung bzw. die Bestimmung der Polymerverteilung im Zentrum des Interesses standen. Ein zweiter Fokus lag auf der MALDI MS Untersuchung intakter Pilzsporen. Die Identifizierung und Klassifizierung von Mikroorganismen, wie Bakterien und Pilzen, ist von großer Bedeutung in der Landwirtschaft, Lebensmitteltechnologie und in der medizinischen Forschung und Diagnostik. Viele mikrobiologische Standardmethoden sind jedoch mit hohem Zeit-, Kosten- und Arbeitsaufwand verbunden. ICMS (Intact Cell Mass Spectrometry) basierend auf MALDI MS stellt eine schnelle und zuverlässige Alternative dar. Es konnten erstmals Oberflächenproteinprofile von intakten Fusarien Sporen unterschiedlicher Spezies mit einer speziell optimierten Präparationstechnik generiert werden und auf Grund von Profilunterschieden in den Massenspektren konnten die Fusarien differenziert und identifiziert werden (im Falle des Vorhandenseins von Referenzspektren). Der Focus lag dabei auf in Österreich vorkommenden, mykotoxin-produzierenden Fusarium Spezies. Des Weiteren wurden enzymatisch generierte Peptide von (Glyko)Proteinen untersucht, um optimale "peptide mass fingerprinting (PMF)" Bedingungen für die Proteinidentifizierung zu finden. Die dafür notwendige Probenvorbereitung ist sowohl von den instrumentellen Anforderungen als auch stark von den Analyteigenschaften abhängig und bedarf daher einer Entwicklung und Optimierung in vielerlei Richtungen.<br />

Within the scope of this Ph. D. thesis two types of analytes, namely (glyco)proteins and water-soluble synthetic polymers, were investigated by means of matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI MS) and gas phase electrophoretic macromolecular mobility analyzer (GEMMA). The main focal point was the accurate molecular mass determination respectively the determination of the polymeric distribution. Second field of investigation was the analysis of intact fungal spores. Identification and classification of microorganisms, e.g. bacteria and fungi, is of great importance in the field of agriculture, food producing technologies as well as in medical research and diagnosis. Most of the commonly used microbiological techniques are time, cost and labour intensive. Therefore intact cell mass spectrometry (ICMS) via MALDI MS offers a fast and reliable alternative. Mass spectrometric profiles of the analytes present on the surface of the intact microorganism are generated. According to occurring differences in the profiles the microorganisms can be differentiated and identified. For the first time mycotoxin producing Fusarium species common in Austria were analyzed by means of MALDI MS.<br />Furthermore peptide mass fingerprinting (PMF) conditions were optimized by investigation of proteolytic digestion of (glycol)proteins with MALDI MS. The required sample preparation depends on the instrumental requirements as well as on the properties exhibited by the analyte, thus needs continuous development and optimization.