Thèmes de recherche

Les thèmes de recherche de l’équipe de spectrométrie de masse s’inscrivent dans le domaine de chimie structurale en phase gazeuse avec une perspective triple : aspects fondamentaux, méthodologie et applications (chimie/biologie).

L’ensemble des projets s’inscrit pleinement dans une démarche interdisciplinaire en sciences de la matière et en ingénierie pour le vivant. Il s’agit de proposer de nouveaux outils en chimie analytique, les mettre à la disposition de toute la communauté en les distribuant grâce à des partenaires académiques ou industriels, et interagir fortement avec des spécialistes en biologie, médecine, cosmétique ou écologie pour une meilleure compréhension du vivant.

Moyens mis en œuvre :

  • MALDI-TOF/TOF UltrafleXtreme (Bruker Daltonique)
  • Q-ToF 6540 (Agilent Technologies)
  • Chaînes de chromatographie liquide 1260Prime et de chromatographie en phase supercritique (SFC) 1260SFC (Agilent Technologies)
  • GC-MS (Agilent Technologies)

Responsable : David Touboul

Aspects fondamentaux

La spectrométrie de masse doit être considérée comme une science à part entière nécessitant un travail de nature fondamentale afin de mieux comprendre les processus d’ionisation et de fragmentation. Dans ce cadre, trois questionnements sont en cours au laboratoire :

  • Détermination de l’énergie interne de ions formés lors des processus de désorption/ionisation ou electrospray : Il s’agit d’utiliser les thermomètres chimiques (sels de benzylpyridinium) pour évaluer les paramètres influençant l’énergie interne des ions produits par SIMS et ESI après couplage SFC.

    Fu T, Della-Negra S, Touboul D, Brunelle A. J Am Soc Mass Spectrom. 2019;30(2):321-328.

  • Détermination des propriétés physico-chimiques des fluides entrant dans un spectromètre de masse : Il s’agit de mieux comprendre les changements d’état de la matière lors du couplage SFC-MS, en particulier dans la zone de détente du CO2 supercritique.
  • Propriétés physico-chimiques des différents états de la matière

    Propriétés physico-chimiques des différents états de la matière

    Diagramme de phase du CO2

    Diagramme de phase du CO2

  • Détermination de nouveaux mécanismes de fragmentation de biomolécules : Il s’agit d’explorer de nouvelles voies de fragmentation, en particulier les voies radicalaires induites par un changement d’état redox d’un cation métallique après activation par collision en phase gazeuse.
    Fragmentation radicalaire induite par le changement de degré d’oxydation du Cu2+ après activation collisionnelle

    Fragmentation radicalaire induite par le changement de degré d’oxydation du Cu2+ après activation collisionnelle

Méthodologie en chimie structurale

  • Chromatographie en phase supercritique couplée à la spectrométrie de masse tandem haute résolution (SFC-HRMS/MS) : La SFC offre des performances complémentaires aux techniques LC classiques en termes de sélectivité, rapidité d’analyse et capacité d’injection de solvants organiques (hexane, chloroforme, DMSO …). Nous réalisons des développements méthodologiques nécessitant l’optimisation du couplage SFC avec les méthodes de détection HRMS/MS, en particulier l’utilisation de source de type APPI (Atmospheric Pressure PhotoIonization) et la cationisation métallique post-colonne.
    Analyse SFC-APPI-MS de dérivés de vitamine E (tocophérols et tocotriènols), Méjean M, Brunelle A, Touboul D. Anal Bioanal Chem. 2015; 407(17):5133-42

    Analyse SFC-APPI-MS de dérivés de vitamine E (tocophérols et tocotriènols), Méjean M, Brunelle A, Touboul D. Anal Bioanal Chem. 2015; 407(17):5133-42

  • Analyse Big data / réseau moléculaire : Les techniques modernes d’acquisition de données en spectrométrie de masse MS/MS (DDA et DIA) ont conduit à la difficulté croissante de traiter ces données de manière non automatisé. Dans ce contexte, notre équipe développe de nouveaux outils basés sur les réseaux moléculaires. L’approche classique décrite sur la plateforme historique GNPS a été améliorée par l’utilisation de l’algorithme t-SNE (t-distributed stochastic neighbor embedding) pour l’organisation du jeu de données. Pour obtenir des informations complémentaires, merci de vous diriger vers le site dédié : https://metgem.github.io/
  • Surfaces fonctionnalisées (Nanostructure-Initiator Mass Spectrometry, NIMS) : Ce projet est mené en collaboration avec Alain Paris (MNHN) et le Pr. Chen (ENS Paris) et vise à développer de nouvelles surfaces fonctionnalisées de type NIMS pour la détection de métabolites primaires et secondaires par désorption/ionisation LASER sans dépôt de matrice. Les premières expériences nous ont permis de valider la fabrication des surfaces en suivant les travaux de référence dans le domaine (Nature. 2007 Oct 25;449(7165):1033-6) et de réaliser les premières images NIMS au laboratoire.

Chimie du vivant et pour le vivant

  • Imagerie par spectrométrie de masse : Notre équipe poursuit des travaux de recherche et applicatifs dans le domaine de l’imagerie par spectrométrie de masse MALDI et TOF-SIMS depuis plus de 15 ans. Cette activité a conduit à la publication de plus de 50 articles dans le domaine et nous a placé comme un des leaders mondiaux dans ce domaine. Suite au départ d’Alain Brunelle pour le laboratoire LAMS avec l’instrument TOF-SIMS, nous avons choisi de focaliser nos développements méthodologiques en imagerie MALDI (NIMS, voire Méthodologie en chimie structurale) et des applications dans le domaine des produits naturels, en particulier la distribution des métabolites secondaires issus de microorganismes.

    Vallet et al., J Nat Prod. 2017; 80(11):2863-2873

  • Écologie chimique : Les travaux menés en imagerie par spectrométrie de masse nous ont conduit à s’impliquer dans des projets d’écologie chimique dans le but de mieux comprendre les relations inter-organismes (quorum sensing/quenching et microorganismes associés aux termites de Guyane) en collaboration avec l’équipe de V. Eparvier et le laboratoire de Biodiversité et Biotechnologies Microbiennes (LBBM – USR 3579, Banuyls). Il s’agit de développer de nouvelles méthodes d’identification et de quantification de molécules impliquées dans le quorum sensing/quenching et de protection de pathogènes par les microorganismes associés aux termites par des approches SFE-SFC-HRMS/MS.
    Séparation SFC-HRMS de N-acyl homosérine-L-lactones (HSLs)

    Séparation SFC-HRMS de N-acyl homosérine-L-lactones (HSLs)

  • Lipidomique : La lipidomique, comme sous-domaine de la métabolomique, a gagné en importance depuis une dizaine d’année de par le développement de méthodes sensibles et spécifiques en spectrométrie de masse. Dans ce contexte, nous nous sommes focalisés sur le développement de méthodes ciblées (dérivées de vitamine A, de vitamines E, toxines environnementales (acétogénines) …) ou globales en SFC-HRMS. La SFC permet l’injection de mélanges complexes en solvant organique et de permettre de séparer de façon efficace des isomères de position ou des stéréo-isomères dans des matrices complexes. Ces méthodes sont à disposition de nos collègues académiques (J. Jouhet, Université Grenoble Alpes) ou industrielles et sont actuellement valorisés à travers des partenariats avec des sociétés dans le domaine de la cosmétique (Clarins, Ales Groupe, Gattefosse …).
    Profilage global de mélanges de lipides complexes par SFC-HRMS

    Profilage global de mélanges de lipides complexes par SFC-HRMS

  • Épigénétique : De par sa sensibilité et sa spécificité, la spectrométrie de masse est un outil particulièrement efficace pour identifier, détecter et quantifier les modifications chimiques de l’ADN et l’ARN. Dans ce contexte, nous avons développé des approches basées sur la purification d’oligonucléotides par nos collaborateurs biologiques suivies d’analyses par spectrométrie de masse MALDI-TOF/TOF. Ainsi nous sommes en mesure d’effectuer la mesure de masse exacte d’oligonucléotides modifiés ou non et de déterminer la position de ces modifications après digestion enzymatique partielle. Des études de cinétique de méthylation d’ARN ont été entreprises et permettent de mieux comprendre les processus de régulation de ces modifications. Finalement, nous avons mis en place un workflow permettant la quantification absolue de nucléosides canoniques ou modifiés à partir d’extraits d’ARN ou ADN.
    Spectres MALDI-MS/MS d’oligonucléotides méthylés. Guelorget A, Roovers M, Guérineau V, Barbey C, Li X, Golinelli-Pimpaneau B. Nucleic Acids Res. 2010; 38(18):6206-18.

    Spectres MALDI-MS/MS d’oligonucléotides méthylés. Guelorget A, Roovers M, Guérineau V, Barbey C, Li X, Golinelli-Pimpaneau B. Nucleic Acids Res. 2010; 38(18):6206-18.