Metabolite stellen chemisch sichtbare Endprodukte des Zellstoffwechsels dar. Ihr qualitatives Auftreten bzw. ihr quantitatives Verhältnis zueinander ermöglicht Rückschlüsse auf veränderte Umwelteinflüsse, veränderte Zell-Zellinteraktionen und auf genetische Veränderungen. In den letzten Jahren wurden verbesserte analytische Technologien - basierend auf massenspektrometrischen und NMR-Untersuchungen - entwickelt, die eine umfassende und quantitative Untersuchung verschiedener Metabolite ermöglichen. In Analogie zu „Transcriptomics" und „Proteomics" wird dieser Ansatz „Metabolomics“ genannt. Während in Proteomicsprojekten der Expressionsgrad eines Proteins bestimmt wird, lassen die gebildeten Metabolite einen direkten Rückschluss auf die Aktivität eines Proteins/Enzyms zu. Damit eröffnet ein “Metabolisches Profiling” einen neuen, vielversprechenden wissenschaftlichen Ansatz zur phänotypischen Analyse einer Zelle und erschließt unterschiedliche wissenschaftliche Felder, die von der Validierung eines neuen „Drug Targets“ bis zur Identifizierung neuer Tumormarkern reicht.

Die Kernkompetenz Metabolomics bietet ein weites Spektrum an analytischen Techniken zur Analyse von Metaboliten des Primär- und Sekundärstoffwechsels. Dabei sollen metabolische Stoffwechselwege in ihrer Funktion in physiologischen Netzwerken erfasst und beschrieben werden.  Zentrale Technologien, die zur Analytik des Metaboloms eingesetzt werden, sind Massenspektrometrie und  NMR-Methoden. Die analytische Technologieplattform die direkt am ZBSA zur Verfügung steht, beinhaltet alle gängigen  massenspektrometrischen Techniken, wobei sowohl mit ESI- als auch mit EI-Ionisierungen gearbeitet werden kann. Insbesondere für die Analytik von pflanzlichen Sekundärmetaboliten wird augenblicklich die Gaschromatographie, gekoppelt mit EI-Massenspektrometrie (GC-EI-MS) eingesetzt. Für die Analytik von polaren, höhermolekularen und nichtflüchtigen Metaboliten liegt der Fokus auf der Flüssigkeitschromatographie, die mit einem Tandem-Massenspektrometrie-System (LC-ESI-MS/MS) gekoppelt ist. Ein Arbeitsschwerpunkt der Kernkompetenz Metabolomics liegt im Bereich Metabolite Profiling, das mit der Zielsetzung einer metabolischen Fluxanalyse weiter entwickelt wird. Zusätzlich sind mit der Isotopenmassenspektrometrie (IRMS) Messungen der natürlichen Abundanz stabiler Isotope (d¹³C, d¹⁵N, d¹⁸O, d²H)  möglich.

Durch die Isotopenanalytik können Aussagen über die Metabolismuswege von ausgewählten istopenmarkierten Verbindungen getroffen werden, die auch zur Aufklärung kinetischer Fragestellungen in Metabolismuswegen beitragen können.

Neben Fragestellungen aus dem Metabolismus endogener Verbindungen können auch Fragen im Zusammenhang mit dem Metabolismus von Xenobiotica im weitesten Sinne, wie z. B. Medikamenten oder toxikologisch relevanten Kontaminanten, untersucht werden.

Des weiteren können einzelne Schlüsselmetabolite strukturell aufgeklärt, sowie eine Strukturzuordnung von unbekannten Metaboliten mit verschiedenen Metabolomics-Datenbanken durchgeführt werden. Hierzu werden insbesondere LC-ESI-QqTOF- Systeme mit einer verbesserten Massengenauigkeit,  sowie Ionenfallensysteme mit der MSⁿ-Funktion, zur Aufklärung der Fragmentierungshierarchie, eingesetzt.

Ein weiteres Massenspektrometrie-System das zur Technologieplattform des ZBSAs zählt, ist die Orbitrap. Aufgrund ihrer hohen Massengenauigkeit kann sie dazu eingesetzt werden um die Summenformel  und damit auch die jeweilige Elementarzusammensetzung für unbekannte Metabolite zu ermitteln.

In enger Zusammenarbeit mit verschiedenen Arbeitsgruppen erarbeiten wir auch individuelle Lösungsansätze für aktuelle Forschungsfragen.

Mit MapMan visualisierter Stoffwechselweg. (c) RZPD/MPIMG/MPIPP 2002-2009.