Matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) and molecular techniques (16S rRNA gene sequencing) permit the identification of rare bacterial pathogens in routine diagnostics. The goal of this protocol lies in the combination of both techniques which leads to more accurate and reliable data.
ישנם מספר ונדיר, ולכן, מספיק תיאר חיידקים פתוגנים אשר דיווחו לגרום זיהומים קשים במיוחד בחולים מדוכאי חיסון. ברוב המקרים רק כמה נתונים, בעיקר כפי שפורסם דיווחי מקרים, זמינים אשר לחקור את תפקיד פתוגנים כגון סוכן זיהומיות. לכן, על מנת להבהיר את אופי פתוגניים של מיקרואורגניזמים כאלה, יש צורך לערוך מחקרים אפידמיולוגיים הכוללים מספר רב של חיידקים אלה. השיטות ששימשו במחקר מעקב כזה צריך לעמוד בקריטריונים הבאים: זיהוי של זנים יש לדייק על פי המינוח תקף, הם צריכים להיות קל לטפל (חוסנו), חסכוני אבחון שגרתי והם צריכים ליצור השוואה תוצאות בין מעבדות שונות. באופן כללי, ישנם שלוש אסטרטגיות לזיהוי זני חיידקים בסביבה שיגרתית: 1) זיהוי פנוטיפי המאפיין את biochemical ומטבוליות המאפיינים של חיידקים, 2) בטכניקות מולקולריות כגון רצף הגן 16S rRNA ו -3) ספקטרומטריית מסה כגישה מבוססת proteome הרומן. מאז ספקטרומטריית מסה גישות מולקולריות הם הכלים המבטיחים ביותר לזיהוי מגוון גדול של מינים של חיידקים, שתי השיטות המתוארות. מקדמות, מגבלות ובעיות פוטנציאליות בעת שימוש בטכניקות אלה נדונים.
זיהוי מאובטח של פתוגנים נדירים אבחון שיגרתי הקשה על ידי העובדה כי שיטות תרבותיות ביוכימיים קלסית הם מסורבלות לפעמים בספק. יתר על כן, מעבדה למיקרוביולוגיה אבחון יש לעבד מספר רב של פתוגנים, הנעים בין כמה מאות לכמה אלפי, יומי, אשר מחייב שימוש במערכות אוטומטיות. בנוסף לניהול של תפוקה יומית גבוהה, זיהוי המדויק של מינים של חיידקים הוא זקוק. זה הוא מוצדק שכן הם נבדלים דפוס הרגישות מיקרוביאלית שלהם ולכן זיהוי נכון מספק למטפל עם מידע חיוני לבחור אנטיביוטיקה מתאימה (למשל, אנטרוקוקוס spp., Acinetobacter spp.) 12,43.
מערכות זיהוי חיידקים אוטומטיים (Amis) להחיל ערכות סטנדרטיות של תגובות אנזימטיות לאפיין את התכונות מטבוליות של בידודים חיידקי <sup> 13,15,16,26,27. למרות המחסניות בשימוש במערכות האלה לנצל מספר רב של תגובות ביוכימיות שונות, למשל, 47 בכרטיס GN של איימיס השתמש במחקר זה 52, זיהוי מאובטח היתרי אסטרטגיה זו רק עבור מספר מוגבל של חיידקים. יתר על כן, מאגר המידע, מערכת מומחה מתקדמת, מתמקד בבירור על זיהוי של חיידקים רלוונטיים מאוד רלוונטיים של חשיבות רפואית 13,15,16,36. שתי מערכות נוספות, בשימוש נרחב במעבדות, גם ליישם גישה ביוכימית זו לזיהוי חיידקים. מחקרים שנעשו לאחרונה מדגימים דיוק זיהוי להשוות בין איימיס השתמשו במחקר זה ואחד המתחרים (93.7% ו 93.0% בהתאמה), בעוד ש -3 rd איימיס יש דיוק הזיהוי של 82.4% בלבד על מינים לרמה 35. פערים אלה עשויים להיות מוסברים על ידי איכות אזכור נתוני זיהוי הבסיסי, הגירסות של ערכות ותוכנה, הבדלי METABOlism ומיומנות של כוח אדם טכני 35,36.
שתי מערכות MALDI-TOF MS אוטומטית (MALDI-TOF חיידקי מערכת זיהוי, mMIS) משמשות בעיקר. מערכות אלו מאפשרות זיהוי של מספר רב של מינים של חיידקים מבוססים על ספקטרה המונית טביעת אצבע החלבון שלהם. לדוגמה, מסד הנתונים של mMIS המשמש מכיל 6,000 ספקטרה התייחסות. מערכות זיהוי המבוססות על ספקטרומטריית מסה להציע זיהוי מהיר ואמין של מגוון גדול של מיקרואורגניזמים כולל 11,48,51 פתוגנים נדירים. עד כה רק כמה השוואות ישירות זמינות בין mMIS השתמש במחקר זה והמתחרה שלה 19,33. לדברי Daek et al. שתי המערכות לספק שיעור גבוה דומה של דיוק זיהוי, אבל mMIS השתמשו במחקר זה נראה אמין יותר להציג תעודה מזהה עם מינים 19.
באופן דומה, בטכניקות מולקולריות פונות נשמרות היטב, אלא גם גנים נפרדים ( <em> למשל, 16S rDNA או rpoB) להתיר זיהוי מינים ברור 3,22,61. בין אלה, rDNA 16S הוא גן המשק הנפוץ ביותר בגלל נוכחותה כל החיידקים 34. תפקידה נשאר ללא שינוי ולבסוף, עם בערך 1,500 נ"ב, זה מספיק זמן כדי להיות מתאים-אינפורמטיקה ביו 14,34. חוקרים רבים רואים בניתוח גנטי 16S rRNA בתור "תקן הזהב" לזיהוי חיידקים 21. זאת בשל העובדה כי כמה מעבדות להשתמש בטכניקות כלת DNA-DNA עד כה לזיהוי החיידקים נדירים או חדשים 14,34. בנוסף, יותר ויותר מסדי נתונים זמינים אשר ניתן להשתמש בהם לצורך ניתוח גנטי 16S rRNA 50. עם זאת, יש לקחת בחשבון כי 16S rDNA מבוסס מערכות גילוי יש רגישות מוגבלת לעומת פרוטוקולי PCR סטנדרטיים. יתר על כן, הגישה המולקולרית היא מתוחכמת, זמן רב ודורשת צוות מקצועי מהשורה הראשונה, כמו גםמתקני מעבדה ייעודיים, אם כן, לא מיושמים בקלות לתוך אבחון שגרתי 55. יתר על כן, הוכיח כי השילוב של לפחות שתי שיטות שונות של זיהוי חיידקי מוביל זיהוי זן מאוד מדויק. השילוב של MALDI-TOF MS ו 16S rDNA רצף מאפשר זיהוי של מספרים גדולים של מיני חיידקים שונים ברמת דיוק גבוהה. לאחרונה השילוב של MALDI-TOF MS ו 16S rRNA בניתוח גנטי הוצג לזיהוי חיידקים לומדים שאלות אפידמיולוגיים ופתוגנים נדירים 56.
שניהם MALDI-TOF MS וסדר הגן 16S rRNA להציע את האפשרות לזהות מספר רב של חיידקים שונים. MALDI-TOF MS היא שיטה מהירה וזולה, אשר קל להתמודד ומסדי נתונים גדולים של ספקטרה ההמונית חיידקים זמינים. מסיבה זו, MALDI-TOF MS היא שיטה מהירה, עלות אפקטיבית אמינה לערוך מחקרי הקרנה התמקדו חיידקים פתוגנים…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Prof. Enno Jacobs for his continuing support.
CHROMASOLV, HPLC grade water, 1 L | Sigma-Aldrich Chemie, München, Germany | 270733 | |
Tissue Lyser LT | Qiagen, Hilden, Germany | 85600 | Oscillating Homogenizer |
Glass-beads 1,0mm | VWR International, Darmstadt, Germany | 412-2917 | |
Thermomixer 5436 | Eppendorf, Hamburg, Germany | 2050-100-05 | |
QIAamp DNA Mini Kit (250) | Qiagen, Hilden, Germany | 51306 | |
Taq PCR Core Kit (1000 U) | Qiagen, Hilden, Germany | 201225 | |
Forward Primer TPU1 (5´-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3’) | biomers.net GmbH, Ulm, Germany | – | |
Reverse Primer RTU4 (5´-TAC CAG GGT ATC TAA TCC TGT T-3´) | biomers.net GmbH, Ulm, Germany | – | |
Mastercycler | Eppendorf, Hamburg, Germany | - | Thermocylcer |
Reaction tube 1.5 mL | SARSTEDT, Nümbrecht, Germany | 72,692 | |
Reaction tube 2 mL | SARSTEDT, Nümbrecht, Germany | 72,693,005 | |
PCR 8er-CapStrips | Biozym Scientific, Hessisch Oldendorf, Germany | 711040X | |
PCR 8er-SoftStrips | Biozym Scientific, Hessisch Oldendorf, Germany | 711030X | |
Sharp R-ZV11 | Sharp Electronics, Hamburg, Germany | – | Microwave |
Titriplex III (EDTA Na2-salt dehydrate; 1 kg) | Merck, Darmstadt, Germany | 1084211000 | |
SeaKem LE Agarose | Biozym Scientific, Hessisch Oldendorf, Germany | 849006 | |
(2 x 500 g) | |||
SmartLadder SF – 100 to 1000 bp | Eurogentec, Lüttich, Belgium | MW-1800-04 | |
Bromphenol blue (25 g) | Sigma-Aldrich Chemie, München, Germany | B0126 | |
Xylene cyanol FF (10 g) | Sigma-Aldrich Chemie, München, Germany | X4126 | |
ComPhor L Maxi | Biozym, Hessisch Oldendorf, Germany | – | |
Ethidium bromide solution 1 %(10 mL) | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | 2218.1 | |
Gel Doc 2000 | Bio-Rad Laboratories, München, Germany | – | Gel-documentation system |
ExoSAP-IT (500 reactions) | Affymetrix UK, Wooburn Green, High Wycombe, United Kingdom | 78201 | |
Buffer (10 x) with EDTA | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 402824 | |
BigDye Terminator Kit v1.1 | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4337450 | |
Hi-Di formamide (25 mL) | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4311320 | |
DyeEx 2.0 Spin Kit (250) | Qiagen, Hilden, Germany | 63206 | |
3130 Genetic Analyzer | Life Technologies, Darmstadt, Germany | – | Sequenzer |
MicroAmp optical 96-well reaction plate with barcode | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4306737 | |
3130 Genetic Analyzer, plate base 96-well | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4317237 | |
3130 Genetic Analyzer, plate retainer 96-well | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4317241 | |
3130 Genetic Analyzer, well plate septa | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4315933 | |
3130 Genetic Analyzer, POP-7 Polymer, 7 mL | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4352759 | |
3130 Genetic Analyzer, 4-Capillary Array, 50 cm | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4333466 | |
Sequencing Analysis Software 5.4 | Life Technologies, Darmstadt, Germany | – | |
microflex (the MALDI TOF MS maschine) | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | – | |
MALDI Biotyper (the MALDI TOF MS system) | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | – | our mMIS |
VITEK MS | bioMérieux, Nürtingen, Germany | 2nd mMis | |
flexControl 3.4 (control software) | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | – | |
Biotyper Realtime Classification 3.1 (RTC), (analysis software) | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | – | |
α-cyano-4-hydroxycinnamic acid, HCCA, 1 g | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | 201344 | |
Peptide Calibration Standard II | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | 222570 | |
MSP 96 target polished steel | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | 8224989 | |
peqgreen | peqlab | 37-5010 | |
MALDI Biotyper Galaxy | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | Part No. 1836007 | |
Vitek 2 | bioMérieux, Nürtingen, Germany | our aMis | |
MicroScan | Beckman Coulter | 2nd aMis | |
BD Phoenix™ Automated Microbiology System | BD | 3rd aMis | |
Staphylococcus aureus subsp. aureus Rosenbach (ATCC® 25923™) | ATCC | postive control for PCR |