加拿大不列颠哥伦比亚省西蒙菲莎大学(SFU)的Linington实验室由Roger Linington教授牵头,团队规模约15人,专注于化学与生物学交叉领域的天然产物科学研究。实验室的研究方向聚焦天然产物科学三大核心领域:
1)
代谢组学与非靶向化学分析;
2)
高通量筛选方法开发;
3)
信息学与计算机科学。
凭借在天然产物分析与前沿技术开发上的深厚积累,Roger Linington教授在Xevo MRT系统研发期间,与沃特世公司开展了深度技术合作,将其科研方法与仪器平台紧密结合,推动相关分析技术在天然产物研究中的落地应用。
与此同时,团队长期致力于搭建公共科研资源,重点打造包含开源数据集与计算工具的参考数据库,供全球科研同行免费下载使用。其最具影响力的成果是牵头构建天然产物图谱库(Natural Products Atlas),作为开放获取数据库,全面收录了已发表在核心科研文献中的全部微生物源天然产物,为领域研究提供了重要基础支撑。
与沃特世的合作共赢
Linington教授与沃特世公司的合作已超过十年,双方在新型硬件与软件技术开发中持续协作。作为天然产物科学前沿研究者,Linington教授与沃特世合作,为行业痛点提供解决方案思路,并验证沃特世技术如何攻克这些难题。
图1. Linington教授及其团队在天然产物领域成果丰硕,与全球多所大学及研究机构的同行合作发表了大量学术论文。
天然产物研究面临的挑战
天然产物科学是公认极具挑战性的学科,核心原因在于受试生物可产生的分子结构高度复杂。传统上,天然产物分析采用逐一样本分析模式,研究者在每项研究中手动解析单一生物或少量近缘生物的化学组成。这种模式导致化合物重复发现率高、样本分析耗时极长。
为解决这一问题,Linington实验室将部分研究方向聚焦于高通量分析,利用质谱(MS)等分析技术,扩大单次研究可覆盖的化合物库规模。尽管天然产物分析已在高通量筛选(HTS)体系中应用多年,但在精准整合筛选数据与代谢组学数据、建立分子化学型与生物学活性关联方面,仍存在诸多挑战。
Linington实验室致力于通过开发开源软件与数据库资源,打通天然产物发现流程中的瓶颈,让天然产物分析更易开展。
大自然创造出极具多样性、性质优异的分子,天然产物拥有真实价值。但想要取得成功,研究流程必须更高效,并且能够规模化分析天然产物库。即便一次分析1,000个样本也远远不够 - 我们需要一次处理10,000至50,000个样本。
Roger Linington教授
西蒙菲莎大学化学系教授
图2. Linington教授及其团队正在寻找能够更可靠地鉴定复杂混合物中样品成分的解决方案。
填补行业缺口
天然产物分析的痛点之一是传统逐样检测耗时过长。为此,许多研究者尝试通过样本混合策略结合质谱去卷积分析,以缩短分析周期。通过这种方式,研究者可批量分析多个样本,再计算池中各分子对应的信号特征。但常规质谱通常仅能提供小数点后四位质量数信息(约5 ppm),这一精度仅能为混合物提供候选分子短名单,却不足以对多数天然产物给出确定的分子式。
为攻克这一难题,Linington教授及其团队寻找能在复杂混合物中更可靠鉴定化合物的解决方案 - 让研究者不仅能判断混合物中的样本数量,还能更确定地判定每种物质的结构。团队正在探索具备更高扫描速度的质谱设备,结合时间维度更高的分辨率与质量精度,提升候选分子的排序可靠性。
Linington教授团队计划将高精准、高分辨质谱数据与带MS2数据的参考库比对,以缩短分析周期、提升候选物鉴定准确性。这将帮助研究者更高效、更确定地筛选候选分子,甚至发现全新未报道的化合物。
测试与合作
Linington实验室为沃特世提供天然产物分析行业痛点与瓶颈的关键见解。
沃特世确保我们从双向合作中受益。我的团队尤其从这类合作中收获颇丰,能与工业界前沿研发人员共事是绝佳机会。我们也因此能接触到他人尚未使用的全新工具与技术。
Roger Linington教授
在支持Xevo MRT质谱开发过程中,Linington教授团队向沃特世提供了现有仪器与技术瓶颈的关键反馈。随着合作推进与原型机搭建完成,实验室团队受邀前往英国威尔姆斯洛的沃特世演示实验室,在原型机上运行样本。
Linington实验室团队为Xevo MRT原型机设置了极具挑战性的复杂测试样本,以模拟真实天然产物分析场景,评估仪器性能。结果显示:Xevo MRT提供了显著更高的质量精度与分辨率,大幅提升了区分质谱性质相近化合物的能力。基于这一结果,团队持续评估该性能对天然产物分析规模化的影响,并已启动单次35,000 - 50,000个样本的大规模研究项目。
Xevo MRT系统介绍
Xevo MRT是一款四极杆飞行时间(QToF)质谱系统,采用多反射飞行时间(MRT)技术,在宽质荷比范围内提供不随扫描速度变化的高分辨率与高质量精度。系统拥有4米飞行路径、共8次反射,在最高100 Hz扫描速度下,仍可实现高达100,000 FWHM的分辨率 - 意味着研究者无需在精度与速度之间妥协,即可可靠完成样本鉴定。更长的飞行路径增加了离子运动距离,带来更高的质量精度与分辨率。
Linington教授表示,这一性能相较现有方法实现了跨越式提升。“这种精度提升不只是一个数量级的进步。它在天然产物这类应用中价值尤为突出,仅提升一个数量级,就能大幅减少匹配待测物的候选分子数量。”基于该性能,Linington实验室希望这款仪器能帮助用户提升候选分子排序能力,并更可靠地评估排序结果的可信度,进而判断样本是否为全新发现化合物。
Linington教授建议的无缝兼容开源格式成为Xevo MRT的核心功能。仪器可直接输出mzML标准开源数据格式,Linington教授认为这是朝着正确方向迈出的重要一步。
开源数据格式是所有分析方法的未来趋势,也正成为工业界与学术界的事实标准。所有人都希望数据能在不同系统间无缝迁移,我认为沃特世很好地解决了这一问题,并投入平台建设,确保沃特世数据可接入开源生态。
Roger Linington教授
合作成果
Linington实验室与沃特世的合作,让Xevo MRT具备了出色处理天然产物等复杂混合样本的能力。Linington教授认为,Xevo MRT的数据质量提升带来了全新的研究可能。
未来规划
从长期来看,团队认为Xevo MRT处理天然产物这类复杂样本的能力,在其他应用场景中同样高效。
天然产物科学是高度合作的领域,团队计划继续与其他学术及工业团队合作,深化天然产物研究并争取更多发表机会,进而为实验室争取更多合作项目经费。除与天然产物领域专家合作外,团队还将继续与沃特世保持伙伴关系。
我一直很享受与沃特世的合作关系。它提升了我们能开展的学术研究水平,为学生与博士后提供了优质培训机会,也让团队对未来的可能性拥有更宏大的思考。这也是我非常享受这段合作的原因之一。
Roger Linington教授
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