subtypering van<em> Campylobacter jejuni</em> Ssp.<em> doylei</em> Isolaten, met behulp massaspectrometrie-gebaseerde PhyloProteomics (MSPP)
Summary
Massa-spectrometrie gebaseerde phyloproteomics (MSPP) werd gebruikt om een verzameling van Campylobacter jejuni ssp typen. Doylei isoleert De stam in vergelijking met multilocus volgorde typen (MLST).
Abstract
MALDI-TOF MS biedt de mogelijkheid om sommige bacteriën niet alleen op de soorten en ondersoorten niveau, maar ook onder, De stam differentiëren. Allelische isovormen van de detecteerbare biomarker ionen resulteren in isolate-soortelijke massa verschuivingen. Massa-spectrometrische phyloproteomics (MSPP) is een nieuwe techniek die de massaspectrometrische detecteerbare biomarker massa in een regeling die aftrek phyloproteomic relaties uit isolaat specifieke massaverschuivingen vergelijking met een genoom toelaat combineert sequentie referentiestam. De afgeleide aminozuursequenties worden vervolgens gebruikt om MSPP gebaseerde dendrograms berekenen.
Hier beschrijven we de workflow van MSPP door het intikken van een Campylobacter jejuni ssp. Doylei isolaat collectie van zeven stammen. Alle zeven stammen waren van menselijke oorsprong en multilocus volgorde typen (MLST) toonden hun genetische diversiteit. MSPP-typen resulteerde in zeven verschillende MSPP volgorde types, voldoende als gevolg van hun PHYlogenetic relaties.
De C. jejuni ssp. doylei MSPP regeling omvat 14 verschillende biomarker ionen, vooral ribosomale eiwitten in het massabereik van 2-11 kDa. MSPP kan in principe worden aangepast aan andere massaspectrometrische platforms met een uitgebreid massagebied. Daarom is deze techniek heeft de potentie om een nuttig instrument voor stamniveau microbiële typering worden.
Introduction
Tijdens het laatste decennium, heeft-MALDI time-of-flight massaspectrometrie (MALDI-TOF MS) gevorderd tot een zeer gewaardeerd standaardmethode voor microbiële geslacht en soort identificatie in klinische microbiologie 1, 2 zijn. Soortidentificatie is gebaseerd op de registratie van kleine eiwit vingerafdrukken van intacte cellen of cellysaten. De typische massabereik voor een massaspectrometer gebruikt in routine klinische microbiologie is 2-20 kDa. Bovendien kan de resulterende spectra worden gebruikt om spanningen op de hiernavolgende-species en subspecies niveau beneden-3 discrimineren. Vroege baanbrekende studies hebben specifieke biomarker ionen geïdentificeerd voor een bepaalde subgroep van stammen in Campylobacter jejuni 4, Clostridium difficile 5, Salmonella enterica ssp. enterica serovar Typhi 6, Staphylococcus aureus 7-9 en Escherichia coli 10-12.
De combinatie van verschillende variabele biomarker massa's die overeenkomen met allele isovormen biedt de mogelijkheid voor diepere subtypering. Eerder hebben we met succes een methode om deze variaties in de massa-profielen om te zetten in betekenisvolle en reproduceerbare phyloproteomic relaties genaamd massaspectrometrie gebaseerd phyloproteomics (MSPP) op een C. geïmplementeerd jejuni ssp. jejuni isolatencollectie 13. MSPP kan worden gebruik gemaakt van een massaspectrometrische gelijk aan DNA-sequentie gebaseerd subtypering technieken zoals multilocus reeks typen (MLST).
Campylobacter soorten zijn de belangrijkste oorzaak van bacteriële gastroenteritis wereldwijd 14, 15. Als gevolg van Campylobacteriose post-infectueuze sequela, namelijk Guillain Barré, reactieve artritis en inflammatoire darmziekte kunnen ontstaan 16. De belangrijkste bronnen van infectiebesmet vee vlees van kip, kalkoen, varkens, runderen, schapen en eenden, melk en oppervlaktewater 15, 17. Daarom regelmatig epidemiologische surveillance studies in het kader van de voedselveiligheid zijn noodzakelijk. MLST is de "gouden standaard" in moleculaire typering voor Campylobacter soorten 18. Omdat de Sanger-sequencing-gebaseerde MLST werkwijze is arbeidsintensief, tijdrovend en relatief duur is MLST typen beperkt tot relatief kleine isoleren cohorten. Daarom is er behoefte aan goedkopere en snellere subtypering methoden. Deze behoefte kan worden voldaan door massaspectrometrische methoden zoals MSPP.
Dit document presenteert een gedetailleerd protocol voor MSPP-typering met behulp van een verzameling van Campylobacter jejuni ssp. Doylei isolaten en vergelijking van het potentieel met MLST.
Protocol
Representative Results
Discussion
De meest kritische stap in de oprichting van een MSPP regeling is de ondubbelzinnige genetische bepaling van biomarkers ion identiteiten. Als het niet mogelijk is om een biomarker ongetwijfeld identificeren, dan moet worden uitgesloten van de regeling 13.
De C. jejuni ssp. doylei project omvat 14 verschillende biomarker ionen. Dit zijn 5 minder in vergelijking met de C. jejuni ssp. jejuni MSPP regeling 13 .De belangrijkste verschil tu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We are grateful to Hannah Kleinschmidt for excellent technical support. This paper was funded by the Open Access support program of the Deutsche Forschungsgemeinschaft and the publication fund of the Georg August Universität Göttingen.
Materials
| acetonitrile | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | 34967 | |
| Autoflex III TOF/TOF 200 system | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | GT02554 G201 | Mass spectrometer |
| bacterial test standard BTS | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 604537 | |
| BioTools 3.2 SR1 | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 263564 | Software Package |
| Bruker IVD Bakterial Test Standard | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 8290190 | 5 tubes |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG8843 | ATCC 49349;IMVS 1141;NCTC 11951;strain 093 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG9143 | Goossens Z90 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG7790 | ATCC 49350;CCUG 18265;Kasper 71;LMG 8219;NCTC 11847 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG9243 | Goossens N130 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG8871 | NCTC A603/87 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG9255 | Goossens B538 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG8870 | NCTC A613/87 |
| Columbia agar base | Merck, Darmstadt, Germany | 1.10455 .0500 | 500 g |
| Compass for FlexSeries 1.2 SR1 | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 251419 | Software Package |
| defibrinated sheep blood | Oxoid Deutschland GmbH, Wesel, Germany | SR0051 | |
| ethanol | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | 02854 Fluka | |
| formic acid | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | F0507 | |
| HCCA matrix | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 604531 | |
| Kimwipes paper tissue | Kimtech Science via Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | Z188956 | |
| MALDI Biotyper 2.0 | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 259935 | Software Package |
| Mast Cryobank vials | Mast Diagnostica, Reinfeld, Germany | CRYO/B | |
| MSP 96 polished steel target | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 224989 | |
| QIAamp DNA Mini Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 51304 | |
| recombinant human insulin | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | I2643 | |
| trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | T6508 | |
| water, molecular biology-grade | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | W4502 |
References
- Seng, P., et al. Ongoing revolution in bacteriology: routine identification of bacteria by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Clin Infect Dis. 49 (4), 543-551 (2009).
- Bader, O. MALDI-TOF-MS-based species identification and typing approaches in medical mycology. Proteomics. 13 (5), 788-799 (2013).
- Sandrin, T. R., Goldstein, J. E., Schumaker, S. MALDI TOF MS profiling of bacteria at the strain level: a review. Mass Spectrom Rev. 32 (3), 188-217 (2013).
- Zautner, A. E., et al. Discrimination of multilocus sequence typing-based Campylobacter jejuni subgroups by MALDI-TOF mass spectrometry. BMC Microbiol. 13, 247 (2013).
- Reil, M., et al. Recognition of Clostridium difficile PCR-ribotypes 001, 027 and 126/078 using an extended MALDI-TOF MS system. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 30 (11), 1431-1436 (2011).
- Kuhns, M., Zautner, A. E., et al. Rapid discrimination of Salmonella enterica serovar Typhi from other serovars by MALDI-TOF mass spectrometry. PLoS One. 7 (6), e40004 (2012).
- Wolters, M., et al. MALDI-TOF MS fingerprinting allows for discrimination of major methicillin-resistant Staphylococcus aureus lineages. Int J Med Microbiol. 301 (1), 64-68 (2011).
- Josten, M., et al. Analysis of the matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrum of Staphylococcus aureus identifies mutations that allow differentiation of the main clonal lineages. J Clin Microbiol. 51 (6), 1809-1817 (2013).
- Lu, J. J., Tsai, F. J., Ho, C. M., Liu, Y. C., Chen, C. J. Peptide biomarker discovery for identification of methicillin-resistant and vancomycin-intermediate Staphylococcus aureus strains by MALDI-TOF. Anal Chem. 84 (13), 5685-5692 (2012).
- Novais, A., et al. MALDI-TOF mass spectrometry as a tool for the discrimination of high-risk Escherichia coli clones from phylogenetic groups B2 (ST131) and D (ST69, ST405, ST393). Eur J Clin Microbiol Infect Dis. , (2014).
- Matsumura, Y., et al. Detection of extended-spectrum-beta-lactamase-producing Escherichia coli ST131 and ST405 clonal groups by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J Clin Microbiol. 52 (4), 1034-1040 (2014).
- Christner, M., et al. Rapid MALDI-TOF Mass Spectrometry Strain Typing during a Large Outbreak of Shiga-Toxigenic Escherichia coli. PLoS One. 9 (7), e101924 (2014).
- Zautner, A. E., Masanta, W. O., Weig, M., Groß, U., Bader, O. Mass Spectrometry-based PhyloProteomics (MSPP): A novel microbial typing Method. Scientific Reports. 5, (2015).
- Dasti, J. I., Tareen, A. M., Lugert, R., Zautner, A. E., Gross, U. Campylobacter jejuni: a brief overview on pathogenicity-associated factors and disease-mediating mechanisms. Int J Med Microbiol. 300 (4), 205-211 (2010).
- Zautner, A. E., et al. Seroprevalence of campylobacteriosis and relevant post-infectious sequelae. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 33 (6), 1019-1027 (2014).
- Zautner, A. E., Herrmann, S., Groß, U. Campylobacter jejuni – The Search for virulence-associated factors. Archiv Fur Lebensmittelhygiene. 61 (3), 91-101 (2010).
- Dingle, K. E., et al. Multilocus sequence typing system for Campylobacter jejuni. J Clin Microbiol. 39 (1), 14-23 (2001).
- Dingle, K. E., et al. Molecular characterization of Campylobacter jejuni clones: a basis for epidemiologic investigation. Emerg Infect Dis. 8 (9), 949-955 (2002).
- Cody, A. J., et al. Real-time genomic epidemiological evaluation of human Campylobacter isolates by use of whole-genome multilocus sequence typing. J Clin Microbiol. 51 (8), 2526-2534 (2013).
- Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A., Kumar, S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol Biol Evol. 30 (12), 2725-2729 (2013).
- Jolley, K. A., Chan, M. S., Maiden, M. C. mlstdbNet – distributed multi-locus sequence typing (MLST) databases. BMC Bioinformatics. 5, 86 (2004).
- Verroken, A., et al. Evaluation of Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry for Identification of Nocardia Species. J Clinl Microbiol. 48 (11), 4015-4021 (2010).
- El Khéchine, A., Couderc, C., Flaudrops, C., Raoult, D., Drancourt, M. Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry Identification of Mycobacteria in Routine Clinical Practice. PLoS ONE. 6 (9), e24720 (2011).
- Goujon, M., et al. A new bioinformatics analysis tools framework at EMBL-EBI. Nucleic Acids Research. 38, 695-699 (2010).
- Hall, T. A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 41, 95-98 (1999).
- Jolley, K. A., et al. Ribosomal multilocus sequence typing: universal characterization of bacteria from domain to strain. Microbiology. 158, 1005-1015 (2012).
- Suarez, S., et al. Ribosomal proteins as biomarkers for bacterial identification by mass spectrometry in the clinical microbiology laboratory. J Microbiol Methods. 94 (3), 390-396 (2013).
- Teramoto, K., et al. Phylogenetic classification of Pseudomonas putida strains by MALDI-MS using ribosomal subunit proteins as biomarkers. Anal Chem. 79 (22), 8712-8719 (2007).
- Teramoto, K., Kitagawa, W., Sato, H., Torimura, M., Tamura, T., Tao, H. Phylogenetic analysis of Rhodococcus erythropolis based on the variation of ribosomal proteins as observed by matrix-assisted laser desorption ionization-mass spectrometry without using genome information. J Biosci Bioeng. 108 (4), 348-353 (2009).
- Bernhard, M., Weig, M., Zautner, A. E., Gross, U., Bader, O. Yeast on-target lysis (YOTL), a procedure for making auxiliary mass spectrum data sets for clinical routine identification of yeasts. J Clin Microbiol. 52 (12), 4163-4167 (2014).
- Stark, T., et al. Mass spectrometric profiling of Bacillus cereus strains and quantitation of the emetic toxin cereulide by means of stable isotope dilution analysis and HEp-2 bioassay. Anal Bioanal Chem. 405 (1), 191-201 (2012).
