MetaboScape^®

MetaboScape^® は、ブルカーのESI & MALDIイメージング装置からのノンターゲットな分析データを処理するため、統一されたワークフローによりステップ数を簡素化し、バイオマーカーを迅速にピンポイントで特定することができます。

MetaboScape® は、ディスカバリーメタボロミクス、リピドミクス、フェノミクス、フードミクス、環境、製薬などのアプリケーション分野にまたがって使用することができ、基本的な同定作業から高度な統計処理までのワークフローをサポートする柔軟性をユーザーに提供します。

• MetaboScape^® の強力なT-ReX^®アルゴリズムは、堅牢なデータ処理を確実にするために、保持時間アライメント、デアイソトープ、ピーク抽出から構成されています。
• ユーザー定義のAnalyte Listを使用して、ターゲット化合物を自動的にアノテーションすることができます。
• 未知化合物の同定を容易にするためのライブラリマッチングとIn silicoフラグメンテーション
• PCA、t-test、ANOVA、PLS、バケット相関分析などのさまざまな統計を使用して、複雑なデータセット内の関連情報を可視化
• データ品質の指標となる5つのアノテーション品質（AQ）スコアリング
• 特定された代謝物を生物学的に位置付けし、データを知識に変換するパスウェイマッピング
• ローカルでの代謝物予測を用いた薬物・外来代謝物の同定
• 大規模サンプルコホートにおけるサンプル効果を相殺するためのバッチ補正
• 時系列プロットでの代謝物の経時変化解析
• ルールベースのアノテーション、4D-KMDプロット、CCSPredictを含むリピドミクス専用のアノテーションツール
• 既知化合物の同定を容易にするため、MetaboBASE Personal Library、HMDB Metabolite Library、Bruker Sumner MetaboBASE Plant Library（130以上の化合物のCCS値を含む）、およびカスタムライブラリをサポート
• GNPS (Global Natural Products Social Molecular Networking)でのインポートに適したファイル形式へのカスタマイズされたデータエクスポート
• 迅速なデータ処理、複数のユーザーによるメソッドとデータセットの共有を可能にするクライアント・サーバー・アーキテクチャ
• MetaboScape® のセミターゲットワークフローは、TASQを使用した絶対定量のためのターゲットワークフローと連携していますす
  

MetaboScape^® is Bruker’s integrated software platform for non targeted metabolomics and lipidomics workflows. It provides a unified, compound centric data model to process and interpret data from Bruker ESI LC MS(/MS), ion mobility enabled timsTOF systems, and MALDI instruments, enabling consistent analysis across acquisition modes and experimental scales.

At the core of MetaboScape^® is a confidence driven annotation strategy. Molecular features are supported by multiple, orthogonal layers of evidence, including accurate mass, isotope pattern, retention time alignment (T ReX^®), MS/MS fragmentation, ion mobility derived collisional cross section (CCS) values where available, and standardized Annotation Quality (AQ) metrics. Together, these indicators provide transparent and reproducible confidence for compound annotation in complex data sets.

When used with Bruker timsTOF platforms, MetaboScape® fully exploits ion mobility separation as a fourth analytical dimension. Experimentally measured CCS values add selectivity for isomeric metabolites and lipids, while integrated CCS Prediction further supports compound annotation by enabling comparison of theoretical and experimental CCS information, even in the absence of reference standards.

MetaboScape® supports progressive compound identification, from known compounds to structurally related unknowns. Integrated tools include SmartFormula3D^™ for molecular formula determination based on accurate mass, isotopic patterns, and fragment information; automated searches of local and public compound databases; in-silico fragmentation via MetFrag for structure candidate ranking; and MS/MS similarity analysis to propagate annotations across chemically related features within a study.

MetaboScape^® は、インタラクティブでダイナミックなユーザーインターフェースを備え、Feature Tableの迅速なナビゲーション、統計情報の活用によるフィーチャーの強調表示、アノテーションの評価が可能です。 MS/MS スペクトルは、アノテーションのタイプに応じて、以下の機能によって構造解析情報が自動的に表示されます。

• SF (SmartFormula): 分子式をフラグメントピークにアノテーションし、ピーク間のneutral lossを解析します。
• LS (Lipid Species): 脂質の 側鎖のneutral lossやhead groupのfragmentなどの鍵となる MS/MS スペクトルを解析します。
• SL (Spectral Library): 上部に測定スペクトルを、下部にSpectral Library の参照スペクトルを下部に表示したバタフライプロットを表示します。
• MF (MetFrag): アノテーションされた化合物の特定の部分構造に対応する プロダクトイオンを表示します。

薬物代謝物の同定は、製薬研究にとって大きな関心事であるだけでなく、メタボロミクス、フェノミクス、エキスポソミクス、ノンターゲットスクリーニングにおいても関心が高まっています。そこでは、薬物や殺虫剤、毒素、麻薬などの外来物質の代謝物が発生することが予想され、いわゆるダークメタボロームと呼ばれる未同定化合物のファミリーに属する可能性があります。

MetaboScape^® は、液体サンプルからのみならず、SpatialOMxワークフローを使用して組織直接からでも、これらの代謝産物の割り当てるローカルBioTransformer¹ベースの代謝産物予測をサポートしています。さらに、統合された時系列プロットを使用して、これらの代謝物の時間変化を追跡し、半定量することができます。

^{([1] Djoumbou-Feunang et al.; Journal of Cheminformatics 2019, 11:2).}

MetaboScape^® のルールベースのアノテーションは、Lipidomics Standards Initiative (LSI)のガイドラインを考慮した脂質種の同定を可能にします。この脂質クラス(LC)アノテーションツールは、オーバーアノテーションのリスクを回避し、脂質ピークの自動同定を簡素化します。

MetaboScape^® は、Kendrick Mass Defects（KMD）を計算して可視化し、複雑な質量スペクトル情報を、脂質固有の相同反復単位(例：CH₂)に基づいたクラスタリングを含む組成マップに変換します。カスタマイズ可能な4D-KMDプロットにより、直観的な脂質ID検証が可能です。抽出されたピークの様々な特性を4次元（x軸、y軸、カラースケール、バブルサイズ）でプロットすることができ、汎用性の高いアプリケーションが可能です。

保持時間 対 m/z をプロットすることで、脂質クラスごとに異なる色を使用して脂質クラスの分離を明らかにします。このカラーコーディングを使用すると、同じ脂質クラスのアノテーションを保持時間の順にスポットすることができます。

m/z 対 CCS をプロットすることで、鎖の長さや二重結合数の違いがある脂質で観察されたCCSの傾向を視覚化し、脂質データをさらに詳しく調べることができます。これらの傾向は、脂質のクラスIDを確認するために使用することができ、未知数のアノテーションを支援し、偽陽性を除去するのに役立ちます。

繰り返し単位としてCH₂を指定したKendrick Mass Defectsを可視化することで、選択したクラスの脂質種の飽和度や鎖長の整合性を迅速に調べることができます。また、トリアシルグリセロール（TG）としてアノテーションされた脂質の例では、逆相クロマトグラフィーで予想される溶出順序や、4つの相補的な次元をすべて活用したCCS値の増加傾向が示されます。

メタボロミクスおよびリピドミクス分析の主な要件は、異常や疾患の結果として変化する化合物を迅速にピンポイントで特定することです。保持時間、プリカーサー質量、同位体パターン、MS/MS スペクトルのマッチングは、化合物アノテーションの信頼性を高めるための一般的な基準です。timsTOF ProでのPASEF^®は、1秒間に数百のMS/MSデータ収集を可能にし、1回の分析でより高いフラグメントカバー率を実現します。さらに、PASEF^®スペクトルはイオンモビリティー分離の恩恵を受け、”On the Fly”モビリティーフィルターを使用してよりクリーンなMS/MSスペクトルを得ることができます。各MS値は衝突断面積(CCS)値で補完され、分析対象物の形状の指標となり、同定に更なる信頼性を提供します。

SCiLS^TM Labソフトウェアとの連携により、T-ReX^®²はSpatialOMxベースのノンターゲットプロファイリングを強化し、薬物代謝物、脂質、糖鎖などのピーク抽出とアノテーションを可能にします。T-ReX^®³はCCSアノテーションも組み合わせ、timsTOF fleXのMALDIイメージングにより取得したデータを空間的にマッピングし、信頼性の高いアノテーションを可能にします。

クロマトグラフィー非使用の MRMS aXelerate ワークフローは、フェノミクス研究において時間のかかるクロマトグラフィーを省略することで、より高いサンプルスループットを提供します。LC-MS分析では容易に検出できない化合物にアクセスできるため、ターゲットおよびノンターゲットメタボロミクスアプローチが可能になります。MetaboScape^® のT-ReX^® 2Dによるデータ抽出は、FIA MRMSデータの自動アノテーションに信頼性をもたらします。新開発のscimaX MRMSシステムは、100万以上の質量分解能と0.2ppm以下の質量精度を持つ極めて優れた性能を発揮します。この超高分解能により、Isotopic Fine Structureを利用した明確な組成解析が可能となり、ノンターゲットメタボロミクスにおける化合物同定に別次元の信頼性がもたらされます。