Identification of Specific N-Acyl-L-Homoserine Lactones by Use of Direct Infusion ESI-MS

Abstract

Gram-negative bakterier utgjør en stor andel av livet på jorda. En forståelse av deres kommunikasjonsmetoder er nødvendig for vår forståelse av deres oppførsel. Med dypere innsikt i kommunikasjonsmetodene deres kan vi styrke vår forståelse av når og hvorfor de utfører forskjellige atferder, slik som biofilmproduksjon, og videre lære oss språket deres. Disse bakteriene kommuniserer gjennom en prosess kjent som quorum sansing. En gruppe quorum sansende signalmolekyler (QSSMer) ble studert i dette prosjektet: N-acylL-homoserine laktoner (AHLer). QSSMer er molekyler med lav molekylvekt (100 til ~ 300 amu) som brukes av bakterier for intercellulær kommunikasjon for å koordinere atferd slik som biofilmproduksjon og sekundær metabolittproduksjon. En identifikasjonsmetode for seks AHLer ved bruk av direct infusion electrospray ionisation mass spectrometry ble etablert. Ved bruk av kjente produktioner som oppsto fra ionisering av AHLer med bruk av collision-induced dissociation analyse på kjente mengder av de seks AHLene kan en finne ut om de er til stede i andre løsninger. Metoden som ble utviklet, selv om den kan brukes til analyse av mange analytter, er tidkrevende å bruke. Manuell tolkning av spektre er nødvendig, både for å finne diagnostiske topper og for å senere tolke resultatene fra en prøve. Det ble forsøkt å lage en metode for kvantifisering av de samme AHLene med bruk av en standardkurve avhengig av mengden detekterte [M+H]+ og [M+Na]+ ioner, men denne delen av prosjektet ble forlatt da prosjektets størrelse ble redusert. Den delvis utviklede metoden ga ikke brukbare resultater. Metodene viste seg å være tidkrevende, og andre alternativer slik som bruk av autosampler, internstandard og kobling av MS med et HPLC instrument kunne ha redusert tiden brukt på å utvikle og bruke kvantifikasjonsmetoden betydelig.

Gram-negative bacteria make up a large portion of life on Earth. An understanding of their methods of communication is necessary for our full understanding of their behaviours. With a deeper insight into their methods of communication, we can further our understanding of when and why they perform certain behaviours, such as biofilm production, and further learn to speak their language. These bacteria communicate through a process known as quorum sensing. A group of Quorum Sensing Signalling Molecules (QSSMs) was studied in this project; Nacyl-L-homoserine lactones (AHLs). QSSMs are molecules of low molecular weight (100 to ~300 amu) employed by bacteria for intercellular communication to coordinate functional behaviour such as biofilm development and secondary metabolite production. A method of identification of six AHLs using direct infusion electrospray ionisation mass spectrometry was established. Using several known product ions representing the different AHLs established from collision-induced dissociation analysis performed on known amounts of the six AHLs and applying the theory to a solution containing all six AHLs, one can furthermore identify their presence in any kind of solution. The method that was developed, though capable of analysing multiple analytes, is time-consuming to use. Manual interpretation of the spectra is necessary. Finding the diagnostic peaks for each analyte was also completed manually. An attempt was made to create a method for quantification of the same AHLs using a standard curve dependent on the abundance of detected [M+H]+ and [M+Na]+ ions, however, this part of the project was discontinued. The partially developed method did not yield useful results. The methods proved to be time-consuming, and other options such as using an autosampler, using internal standards and coupling the MS with an HPLC instrument could greatly reduce the time spent developing and using a method of quantification.