Магическая метаболомика
В ходе своей нормальной жизнедеятельности, например дыхания, питания, испражнения, все животные и растения производят биологический материал в виде различных соединений и смесей. В зависимости от географического происхождения и организма, который их произвел, эти соединения могут различаться по своему составу. Теоретически нам следовало бы применить сложные аналитические методы, чтобы получить высокоточный химический отпечаток этих соединений и определить, происходит ли наш мед манука от соответствующих деревьев, произрастающих в Новой Зеландии и Австралии.
Один из методов, который широко применяется в метаболомике, – ядерная магнитно-резонансная спектроскопия (ЯМР), о которой многие слышали в контексте медицинской диагностики. На самом деле этот метод был разработан в лабораториях аналитической химии, где его использовали для анализа строения органических молекул. Он основан на взаимодействии радиочастотного излучения с атомами молекул, помещенных в магнитное поле. В 2012 г. итальянские ученые продемонстрировали, что ЯМР-спектроскопию 600 МГц ¹H (где 600 МГц – рабочая частота, а ¹H – исследуемое ядро) можно использовать для определения ботанического происхождения различных видов меда
{8}. В течение двух с лишним лет они собирали ЯМР-спектры 353 экстрактов монофлерного (акациевого, липового, апельсинового, эвкалиптового, каштанового) и падевого меда, произведенных в Италии, а также полифлерных видов меда. Им удалось определить специфические маркеры для каждого монофлерного меда, после чего они использовали метод метаболомического анализа на основе ЯМР в сочетании с многомерным статистическим анализом для определения различий между разными видами меда. Это не потребовало трудоемкой подготовки образцов: исследование было быстрым, воспроизводимым и, судя по всему, гораздо более объективным, чем анализ содержания пыльцы. Год спустя другая группа исследователей выделила 13 метаболитов в составе меда, у каждого из которых было как минимум одно явное совпадение с результатами анализа методом ¹H ЯМР. По итогам их работы стало возможно определять количественное содержание в меде различных соединений, в том числе углеводов и альдегидов, а также алифатических и ароматических органических кислот
{9}. Они использовали свой метод, чтобы определить количество различных соединений в меде манука, но не пытались с его помощью выявить различия этого и других видов меда.
Еще один подход в рамках метаболомики заключается в том, чтобы определить присутствующие в составе меда летучие органические соединения (органические соединения, испаряющиеся при комнатной температуре) с целью установить его географическое происхождение. Летучие соединения улавливаются из воздуха прямо над медом методом микроэкстракции твердой фазы (SPME). Для этого используется нить с полимерным покрытием, удерживающим летучие соединения. Затем эти соединения сепарируются при помощи различных техник хроматографии и подвергаются дальнейшему анализу в масс-спектрографе. Данные по летучим соединениям, полученным из различных видов меда, используются для создания модели, позволяющей определить географическое и ботаническое происхождение этих разновидностей меда. После этого модель может быть использована для анализа новых разновидностей и определения их происхождения.
В 2014 г. группа исследователей из Дрездена применила метод SPME для анализа летучих соединений меда манука, а также идентичного ему по составу пыльцы меда канука и близкородственного меда, полученного из тонкосемянника истодолистного
{10}. Ученые сопоставили результаты анализа летучих соединений с анализом нелетучих соединений методом HPLC и масс-спектрометрии. Были исследованы сложные химические отпечатки восьми образцов меда манука, семи образцов меда канука и одного образца меда тонкосемянника истодолистного. В результате применения хемометрического подхода, который подразумевает прогрессивные методы статистического анализа, ученым удалось определить характерную субстанцию каждого образца, что позволило разделить образцы на три группы. И хотя благодаря этой процедуре они смогли верно классифицировать каждый из проанализированных образцов, эта модель сработала лишь благодаря высокому качеству входных данных. Исследователи признали, что, несмотря на большой потенциал использованного метода, он пока не опробован на больших объемах. Для того чтобы с его помощью можно было определить подлинность любого меда, на этикетке которого значится слово «манука», необходимо собрать большую базу данных по образцам меда, произведенного в разные годы в разных частях Новой Зеландии. Тем не менее в деле установления подлинности меда метаболомику ждет большое будущее.
ДНК: идеальный метод анализа?
Может быть, геномика поможет разрешить загадку мануки? Для выявления пищевого мошенничества можно использовать уникальный генетический код любого вида, представляющий собой своего рода генетический, а не химический отпечаток. С аналитической точки зрения главное различие между химическим составом сахара и последовательностью извлеченной из него ДНК заключается в том, что ДНК содержит значительно больше информации. Если вернуться к аналогии с паролем, она является самым надежным паролем именно в силу своей специфичности.
Лаборатории всего мира каждый день секвенируют интересные им участки ДНК и даже целые геномы различных видов. И хотя это помогает ответить на конкретные вопросы, отсутствие стандартов в данной области отнюдь не способствует формированию общей базы данных, которую можно было бы использовать для идентификации видов животных и растений, включая и те, которые мы употребляем в пищу. В 2003 г. группа ученых из Гуэлфского университета в Канаде, работающая под руководством Пола Хеберта, предложила разработать специальные ДНК-штрихкоды, которые позволили бы быстро идентифицировать любой продукт органического происхождения. Подобно другим стандартам штрихового кодирования, таким как универсальный код товара (UPC) или европейский номер товара (EAN), используемым для идентификации розничных товаров, последовательность ДНК можно применять для определения видов – только вместо серии цифр он содержит серию нуклеиновых кислот. Этот метод определения принадлежности видов так же важен для биологии, как периодическая таблица элементов – для химии. Однако, в отличие от химических элементов, биологические виды вымирают быстрее, чем их успевают определять, к тому же на земле их миллионы! Хеберт и его команда предложили использовать штриховое кодирование как быстрый и простой метод, способный удовлетворить насущную потребность в идентификации живых организмов.
