14. November 2018

Zuverlässigere Methode zur Pollenbestimmung

BAM-Forscher identifizieren einzelne Pollenkörner eindeutig mittels Massenspektrometrie

MALDI Imaging MS zur Identifizierung und Zuordnung von Pollenkörnern. Quelle: BAM, Fachbereich Strukturanalytik

Pollen stellen eine der Hauptursachen für allergische Erkrankungen des Menschen dar. Auch heutzutage erfolgt ihre Identifizierung meist durch aufwändige mikroskopische Bestimmung ihrer äußeren Erscheinung (Morphologie), obwohl bereits alternative spektroskopische und spektrometrische Ansätze beschrieben wurden. Eine dieser Methoden stellt die Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation-Flugzeit Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) dar.

Sind Pollen mittels MALDI-TOF MS überhaupt nachweisbar? Kann man mit dieser Methode unterschiedliche Pollenarten voneinander unterscheiden? Funktioniert das auch in einer Mischung, die aus verschiedenen Pollenarten besteht?

Ja, Pollenkörner sind mit MALDI-TOF MS nachweisbar. Pollen enthalten, wie alle biologischen Materialien, spezifische Proteine, Peptide und Kohlehydrate, die während der Probenpräparation von der Oberfläche des Pollenkorns abgelöst werden können und im Massenspektrum charakteristische Signalmuster ergeben. Bei der Probenpräparation zeigte sich, dass die Verwendung eines simplen leitfähigen Klebebandes, sowohl die Fixierung der Pollen als auch die Extraktion der Analyten aus den Pollen verbessert.

Ja, Pollenkörner sind mittels Massenspektrometrie differenzierbar. Dabei erfolgt die Unterscheidung verschiedener Pollenarten über den Vergleich von Peakmustern. Dazu ist es nicht notwendig, die Struktur der chemischen Verbindungen, die diese Signale liefern, zu kennen. Sehr häufig sind die Unterschiede in den Spektren ähnlicher Arten mit bloßem Auge nicht sichtbar. Deshalb wird zur Differenzierung solcher Muster die multivariate Statistik (Hauptkomponentenanalyse) verwendet. Diese beruht darauf, dass Unterschiede (Varianzen) in den kompletten Datensätzen hervorgehoben und gewichtet werden.

Ja, unterschiedliche Pollenarten können auch in Mischungen nachgewiesen, identifiziert und gezählt werden. Dazu wurde die MALDI Imaging Technik verwendet. Diese beruht darauf, lateral aufgelöste Bilder zu erzeugen, in denen jeder Pixel (50µm x 50µm) ein einzelnes Massenspektrum darstellt. Die Auswertung dieser Datensätze erfolgte wiederum mit multivariaten Statistiken. Letztlich konnten in einem Modellsystem einzelne Pollenkörner unterschiedlicher Arten nachgewiesen und zugeordnet werden.

Der vorgestellte Ansatz könnte also eine neue, zuverlässigere Methode zur Pollenbestimmung darstellen, die anstatt der individuellen, augenscheinlichen Beurteilung auf einer wissenschaftlich-analytischen Basis steht.

Publikation:

Multivariate analysis of MALDI imaging mass spectrometry data of mixtures of single pollen grains
Franziska Lauer, Sabrina Diehn, Stephan Seifert, Janina Kneipp, V. Sauerland, C. Barahona, Steffen Weidner
Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 2018, Volume 29, Issue 11

Weitere Informationen:

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
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