Aplicación de Redes Moleculares de Espectrometría de Masas en el Estudio de Estructuras de Productos Naturales
El análisis estructural de compuestos es crucial para el descubrimiento de productos naturales, especialmente para revelar la base material de materiales medicinales chinos raros o preciosos. Sin embargo, el análisis de estructuras de compuestos muy diversos requiere una cantidad significativa de tiempo y mano de obra, lo que constituye uno de los mayores retos en la caracterización de productos naturales. Por ello, la tecnología de redes moleculares por espectrometría de masas se aplica a la investigación estructural de productos naturales.

La espectrometría de masas en tándem por cromatografía líquida (LC-MS/MS) es uno de los métodos analíticos más utilizados en metabolómica; sin embargo, la interpretación de estos datos complejos es un reto importante en la investigación de productos naturales. En los últimos años, la aparición de nuevos métodos bioinformáticos, como las redes moleculares, ha aportado nuevas ideas y perspectivas para el reconocimiento de compuestos conocidos en matrices complejas. La Red Molecular Social Global de Productos Naturales (GNPS) es una base de datos abierta de datos de espectrometría de masas en tándem, actualmente la única plataforma fundacional pública capaz de implementar redes moleculares y analizar conjuntos de datos generados por LC-MS/MS. La visualización de redes moleculares en GNPS representa cada espectro como un nodo, y la disposición de espectro a espectro representa las conexiones entre nodos. Los espectros moleculares relevantes pueden visualizarse como redes moleculares en línea en GNPS. GNPS consta de un total de 235850 espectros y 22644 compuestos. GNPS no sólo permite la identificación de compuestos conocidos, análogos y el análisis automático de compuestos en redes moleculares, sino que también tiene la capacidad de replicar, vincular y almacenar datos secundarios de espectrometría de masas de múltiples fuentes.

Molecular networking (MN) es una plataforma para organizar y visualizar datos MS/MS. Cada espectro de masas se considera un vector y se compara con todos los demás espectros de masas utilizando la similitud coseno. Cuando la similitud entre dos espectros de masas supera un umbral, se conectan entre sí en la red molecular. En 2012, el profesor Pieter propuso por primera vez la tecnología de redes moleculares. La red molecular de espectrometría de masas es un método basado en el análisis de espectrometría de masas en tándem (MS/MS), adecuado para el análisis de diversos productos naturales. Su finalidad es identificar rápidamente compuestos conocidos y determinar diversos productos naturales desconocidos. En resumen, este método consiste en recopilar datos de espectrometría de masas en tándem y construir una red basada en la similitud de fragmentos. Esta tecnología se ha aplicado ampliamente en campos como los productos naturales, la metabolómica y el descubrimiento de fármacos.

Actualmente, Trivella et al. y Fox Ramos et al. han informado de que la MN ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para identificar rápidamente productos naturales en mezclas complejas y ayudar al descubrimiento de nuevos productos naturales; Nothias Esposito et al. informaron de que la MN es una herramienta eficaz para caracterizar la generación de metabolitos específicos en plantas en metabolómica basada en espectrometría de masas; Kang et al. utilizaron la MN para clasificar metabolitos secundarios en grupos similares, lo que se ha utilizado en la investigación de productos naturales para cribar y aislar objetivos; Lei et al. observaron diferencias en el contenido de acónito procesado y sin procesar utilizando MN; Además, Tian et al. informaron de que la MN puede observar claramente las diferencias en la composición química del té de diferentes variedades y orígenes, lo que permite la evaluación cualitativa y cuantitativa del té; Mediante el análisis de los tipos de iones de fragmento y los cambios relativos en el contenido de iones de fragmento, se pueden inferir los cambios en la estructura molecular de los productos naturales y la transformación de sus grupos funcionales para determinar si los productos naturales se generan o se transforman.

 

En los últimos años, la MN se ha propuesto como una herramienta emergente para simplificar la investigación estructural de productos naturales, y se ha aplicado con éxito al descubrimiento, separación, preparación, identificación estructural y análisis cuantitativo de ingredientes químicos y activos en productos naturales. La MN es adecuada para estudiar la composición in vivo y los metabolitos de los productos naturales, lo que permite dilucidar mejor la base de sus sustancias farmacológicas y sus procesos metabólicos.

Mediante el uso de MN para comparar iones de fragmentos característicos y analizar sus tipos y cambios relativos de contenido, podemos inferir los cambios de estructura molecular y las transformaciones de grupos funcionales de los productos naturales, que pueden utilizarse para inferir las vías biosintéticas de los productos naturales. Sin embargo, la investigación bibliográfica ha encontrado que no hay muchos informes pertinentes en el país y en el extranjero, lo que puede ser una nueva dirección para MN para ser utilizado en la investigación de productos naturales.

En resumen, hasta ahora, la MN se ha aplicado principalmente en la identificación estructural de productos naturales. Cuando se combina con otras tecnologías, es un método eficaz y rápido para la investigación estructural de productos naturales, especialmente para el descubrimiento de nuevas estructuras y principios activos. Hay relativamente poca investigación sobre el metabolismo, el análisis cuantitativo y las vías biosintéticas en el organismo, que es una dirección en la que los investigadores pueden centrarse en el futuro.