Quantitative Analyse von Protein-Massenspektren

von einer chemischen Formel, DNA/RNA- oder Aminosäuresequenz, die Isotopenverteilung
für verschiedene Ladungszustände und Auflösungen ermittelt werden. Für die visuelle Kontrolle
besteht die Möglichkeit, die Rohdaten des Spektrums zu laden, um eine Überlagerung
zwischen der theoretischen Isotopenverteilung und dem Spektrum durchzuführen. Eine qualitative
Analyse der im Spektrum vorhandenen Massen ist nur bedingt möglich. Es besteht zwar
die Möglichkeit, Proteinmodifikationen manuell anzugeben, jedoch fehlt eine automatische
Analyse, welche die wahrscheinlichsten Modifikationen selbständig ermittelt. Ein Werkzeug
für die quantitative Analyse ist nicht vorhanden.
Eine professionelle und weit verbreitete Softwarelösung für Massenspektrometrie-Geräte ist
„MassLynx“ der Firma Waters. Sie ermöglicht die Akquisition von Rohdaten direkt vom
Massenspektrometer und bietet eine Fülle von Analysewerkzeugen an. Darunter fallen auch
Methoden für eine qualitative Analyse in Form einer „Maximum-Entropie“-Entfaltung [Reinhold92]
des Spektrums und Methoden für „Quantitative High-Throughput“-Analysen. Ferner
werden noch etliche Standardfunktionen wie Glättung, Basislinienkorrektur usw. angeboten.
Bei der qualitativen Analyse erfährt man zwar, welche Massen im Spektrum vorhanden sind,
jedoch gibt es keinen Aufschluss darüber, welche Glykovarianten den beobachteten Massen
entsprechen. Eine automatische Glykosylierungsanalyse (d.h. Auflistung der den Massen entsprechenden
Glykosylierungen) kann also nicht durchgeführt werden. Die als Zusatzpaket erhältliche
„High-Throughput“-Quantifizierungsanwendung ist für (kleine) Peptide konzipiert.
Deswegen ist dieses Paket für die Quantifizierung großer Moleküle nicht geeignet.
„Grams/AI“ ist eine Plattform für die Entwicklung von Chromatographie- und Spektrometrieanwendungen.
Ein Hauptunterschied zu anderen Produkten besteht darin, dass sie die Möglichkeit
bietet, durch Makros erweitert zu werden. Man könnte also dafür ein Quantifizierungsmodul
entwickeln. Jedoch sprechen die zu erwartenden Schwierigkeiten bei der Implementierung
(viele Standardroutinen, wie etwa Fitting, müssten neu implementiert werden) und
die Abhängigkeit, in die man sich dabei begeben würde, gegen eine solche Entwicklung.
Eine Softwarelösung, die ihren Schwerpunkt auf die Datenanalyse setzt, ist „PeakFit“. Auch
hier werden die üblichen Standardmethoden in diesem Umfeld, wie etwa Glättung oder Basislinienkorrektur
usw., angeboten. Zusätzlich wird die Möglichkeit dargeboten, Peaks verschiedener
Verteilungsfunktionen an das Spektrum zu fitten. Als Erweiterung davon kann man mit
diversen Peakfunktionen eine Entfaltung des Spektrums durchführen. Der Hauptnachteil hierbei
ist, dass dieser Prozess sehr allgemein gehalten ist. Man kann z.B. keine Massen (Signalserien)
angeben, die als Basis für die Entfaltung dienen sollen. Somit bleibt es bei ESI-
Spektren eher dem Zufall überlassen, ob die richtigen Serien gefunden werden oder nicht.
„Massfinder I“ ist bei Roche im Rahmen einer Diplomarbeit [ELehmann05] entstanden, welches
speziell für die qualitative Analyse von ESI-Massenspektren entwickelt worden ist. Ausgehend
von einem Spektrum und dessen MaxEnt-Entfaltung kann mit Massfinder ermittelt
30