Integrating the governing chemistry with the genomics and phenotypes of microbial colonies has been a “holy grail” in microbiology. This work describes a highly sensitive, broadly applicable, and cost-effective approach that allows metabolic profiling of live microbial colonies directly from a Petri dish without any sample preparation. Nanospray desorption electrospray ionization mass spectrometry (MS), combined with alignment of MS data and molecular networking, enabled monitoring of metabolite production from live microbial colonies from diverse bacterial genera, including Bacillus subtilis, Streptomyces coelicolor, Mycobacterium smegmatis , and Pseudomonas aeruginosa . This work demonstrates that, by using these tools to visualize small molecular changes within bacterial interactions, insights can be gained into bacterial developmental processes as a result of the improved organization of MS/MS data. To validate this experimental platform, metabolic profiling was performed on Pseudomonas sp. SH-C52, which protects sugar beet plants from infections by specific soil-borne fungi [R. Mendes et al. (2011) Science 332:1097–1100]. The antifungal effect of strain SH-C52 was attributed to thanamycin, a predicted lipopeptide encoded by a nonribosomal peptide synthetase gene cluster. Our technology, in combination with our recently developed peptidogenomics strategy, enabled the detection and partial characterization of thanamycin and showed that it is a monochlorinated lipopeptide that belongs to the syringomycin family of antifungal agents. In conclusion, the platform presented here provides a significant advancement in our ability to understand the spatiotemporal dynamics of metabolite production in live microbial colonies and communities.

Two classes of gas-phase aluminum-iodine clusters have been identified whose stability and reactivity can be understood in terms of the spherical shell jellium model. Experimental reactivity studies show that the Al13I-x clusters exhibit pronounced stability for even numbers of I atoms. Theoretical investigations reveal that the enhanced stability is associated with complementary pairs of I atoms occupying the on-top sites on the opposing Al atoms of the Al13- core. We also report the existence of another series, Al14I-x, that exhibits stability for odd numbers of I atoms. This series can be described as consisting of an Al14I-3 core upon which the I atoms occupy on-top locations around the Al atoms. The potential synthetic utility of superatom chemistry built upon these motifs is addressed.

Nanospray desorption electrospray ionization (nano-DESI) mass spectrometry is presented as an ambient pressure liquid extraction-ionization technique for analysis of organic and biological molecules on substrates. Analyte is desorbed into a solvent bridge formed between two capillaries and the analysis surface. One capillary supplies solvent to create and maintain the bridge, while the second capillary transports the dissolved analyte from the bridge to the mass spectrometer. A high voltage applied between the inlet of mass spectrometer and the primary capillary creates a self-aspirating nanospray. This approach enables the separation of desorption and ionization events, thus providing independent control of desorption, ionization, and transport of the analyte. We present analytical capabilities of the method and discuss its potential for imaging applications.

Ambient ionization imaging mass spectrometry is uniquely suited for detailed spatially resolved chemical characterization of biological samples in their native environment. However, the spatial resolution attainable using existing approaches is limited by the ion transfer efficiency from the ionization region into the mass spectrometer. Here, we present a first study of ambient imaging of biological samples using nanospray desorption ionization (nano-DESI). Nano-DESI is a new ambient pressure ionization technique that uses minute amounts of solvent confined between two capillaries comprising the nano-DESI probe and the solid analyte for controlled desorption of molecules present on the substrate followed by ionization through self-aspirating nanospray. We demonstrate highly sensitive spatially resolved analysis of tissue samples without sample preparation. Our first proof-of-principle experiments indicate the potential of nano-DESI for ambient imaging with a spatial resolution of better than 12 μm. The significant improvement of the spatial resolution offered by nano-DESI imaging combined with high detection efficiency will enable new imaging mass spectrometry applications in clinical diagnostics, drug discovery, molecular biology, and biochemistry.

The reactions of metal clusters with small molecules often depend on cluster size. The selectivity of oxygen reactions with aluminum cluster anions can be well described within an electronic shell model; however, not all reactions are subject to the same fundamental constraints. We observed the size selectivity of aluminum cluster anion reactions with water, which can be attributed to the dissociative chemisorption of water at specific surface sites. The reactivity depends on geometric rather than electronic shell structure. Identical arrangements of multiple active sites in Al 16 – , Al 17 – , and Al 18 – result in the production of H 2 from water.