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.
Есть целый ряд редких и, следовательно, недостаточно описаны бактериальных патогенов, которые, как сообщается, вызывают тяжелые инфекции, особенно у пациентов с иммунодефицитом. В большинстве случаев лишь немногие данные, в основном опубликованы в виде сообщений о случаях, доступны, которые исследовать роль таких патогенов, как инфекционного агента. Поэтому для того, чтобы прояснить патогенный характер таких микроорганизмов, необходимо проводить эпидемиологические исследования, которые включают в себя большое количество этих бактерий. Методы, используемые в таком исследовании наблюдения должны соответствовать следующим критериям: идентификация штаммов должно быть точным в соответствии с действующей номенклатуре, они должны быть просты в обращении (надежность), экономичны в рутинной диагностике, и они должны генерировать сопоставимы результаты среди разных лабораторий. Как правило, существует три стратегии для идентификации бактериальных штаммов, в обычной обстановке: 1) идентификация фенотипический характеризующий Biochemicaл и метаболические свойства бактерий, 2) молекулярные методы, такие как 16S рРНК секвенирование гена и 3) масс-спектрометрии в качестве подхода, основанного на романе протеома. Поскольку масс-спектрометрии и молекулярные подходы являются наиболее перспективными инструментами для выявления большое разнообразие видов бактерий, эти два метода описаны. Авансы, ограничения и потенциальные проблемы при использовании этих методов обсуждаются.
Безопасная идентификация редких патогенов в рутинной диагностике мешает тот факт, что классические культурные и биохимические методы являются громоздкими и иногда сомнительна. Кроме того, диагностическая лаборатория микробиологии должен обрабатывать большое количество патогенных микроорганизмов, в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч, ежедневно, что требует использования автоматизированных систем. В дополнение к управлению большой суточной пропускной способности, точная идентификация видов бактерий необходим. Это оправдано , так как они отличаются по своей противомикробной шаблон восприимчивости и , следовательно , правильная идентификация обеспечивает клинициста с необходимой информацией , чтобы выбрать соответствующие антибиотики (например, Enterococcus SPP., Acinetobacter SPP.) 12,43.
Автоматизированные микробные системы идентификации (МАСС) применяются стандартные наборы ферментативных реакций охарактеризовать метаболические свойства бактериальных изолятов <sup> 13,15,16,26,27. Несмотря на то, что картриджи , используемые в этих системах используют большое количество различных биохимических реакций, например, 47 в GN карты МАСС , используемой в данном исследовании 52, это позволяет стратегии безопасной идентификации только для ограниченного набора бактерий. Кроме того, база данных, передовая экспертная система, четко сосредоточена на выявлении соответствующих и высоко соответствующих бактерий медицинского значения 13,15,16,36. Две другие системы, широко используемые в лабораториях, а также применять этот биохимический подход для идентификации бактерий. Недавние исследования демонстрируют сопоставимую точность идентификации между МАСС , используемых в данном исследовании , и один из конкурентов (93,7% и 93,0% соответственно), в то время как 3 – й МАСС имеет точность определения только 82,4% на уровне видов 35. Такие расхождения можно объяснить качеством основных ссылок идентификации данных, варианты комплектов и программного обеспечения, различия в MetaboЛМЗС и квалификация технического персонала 35,36.
в основном используются две автоматизированные системы MALDI-TOF MS (MALDI-TOF микробной системы идентификации, mMIS). Эти системы позволяют для обнаружения большого количества видов бактерий на основе их спектров отпечатку пальца белковой массы. Например, база данных содержит mMIS используемых 6000 эталонных спектров. Системы идентификации , основанные на масс – спектрометрии обеспечивают быстрое и надежное обнаружение самых разнообразных микроорганизмов , в том числе редких возбудителей 11,48,51. На сегодняшний день лишь несколько прямых сравнений доступны между mMIS , используемых в данном исследовании , и его конкурент 19,33. Согласно Dæk и др. Обе системы обеспечивают подобный высокий уровень точности идентификации, но mMIS , используемые в данном исследовании , представляется более надежным в идентификации видов 19.
Кроме того, молекулярные методы адресации хорошо законсервированные, но и отдельные гены ( <em> например, 16S рДНК или гроВ) позволяют четко идентифицировать видовой 3,22,61. Среди них 16S рДНК является наиболее широко используется ген домашнего хозяйства из – за его присутствия во всех бактерий 34. Его функция остается неизменной и , наконец, с примерно 1500 пар оснований , достаточно долго , чтобы быть пригодным для биоинформатики 14,34. Многие исследователи считают анализ гена 16S рРНК в качестве "золотого стандарта" для идентификации бактерий 21. Это связано с тем , что немногие лаборатории используют методы ДНК-ДНК гибридизации на сегодняшний день для выявления редких или новых бактерий 14,34. Кроме того, все больше и больше баз данных, доступных , которые могут быть использованы для анализа 50 гена 16S рРНК. Тем не менее, следует принимать во внимание, что системы обнаружения, основанные 16S рРНК имеют ограниченную чувствительность по сравнению со стандартными протоколами ПЦР. Кроме того, молекулярный подход сложный, отнимает много времени и требует высококвалифицированного персонала, а такжеспециализированные лабораторные помещения и, следовательно, не легко реализуется в рутинной диагностике 55. Кроме того, было показано, что комбинация по крайней мере, двух различных методов идентификации бактерий приводит к высоко точной идентификации штамма. Сочетание MALDI-TOF MS и 16S-рДНК секвенирования позволяет идентифицировать большое число различных видов бактерий с высокой точностью. Недавно было представлено сочетание анализа генов MALDI-TOF MS и 16S рРНК для идентификации бактерий изучения эпидемиологических вопросов и редких патогенных микроорганизмов 56.
Оба MALDI-TOF MS и 16S рРНК секвенирование гена дают возможность идентифицировать большое количество различных бактерий. MALDI-TOF MS является быстрым и недорогим способом, который прост в обращении и большие базы данных бактериальных масс-спектров доступны. По этой причине, MALDI-TOF MS является быст?…
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 |