临床微生物MALDI-TOF质谱鉴定

Matrix-assisted激光解吸/电离飞行时间(MALDI-TOF)是一个功能强大的分析质谱技术,产生了大量的诊断和临床应用,尤其是对微生物的鉴定医学诊断。MALDI-TOF措施质量的分子从一个样本被嵌入在一个矩阵利用激光烧蚀和使解除吸附分子以最小的碎片。¹样本的分子合成熔化热羽流气体电离,被注入到一个TOF质谱计记录离子的质荷比(m / z)。这是通过测量离子时需要遍历一个已知的长度根据电场加速的力量。结果从模式(即产生质谱。位置和相对强度)检测m / z山峰,生成不同的特定样本。质谱的独特性可以用于识别目的比较参考光谱时可用。

应用程序丰富MALDI-TOF

MALDI-TOF是极其多才多艺的,可以分析广泛的样本,导致大量的基础研究和应用临床诊断。它可以用来识别蛋白和糖蛋白,^2、3生物分子复合物,⁴lipidomics概要文件,⁵小分子和天然产品,^{6 - 8}癌症和疾病生物标志物,^{9 - 11}细菌,¹²真菌,¹³和病毒^14、15微生物和寄生虫。¹⁶此外,它应用于体外化学诊断,¹⁷食源性病原体识别、¹⁸生物制药,¹⁹在农业和生态。^20、21MALDI-TOF喜欢几个优点使它受欢迎,包括作为一个没有针对性和高通量方法缓解和样品制备和数据采集速度,顺从自动化,样品成本低。的初始采购MALDI-TOF仪器比较昂贵,样品不能确定如果一个参考光谱数据库不可用。

然而,它的优势占了上风,MALDI-TOF中央元素众多的建立和发展中化验。“这是一个重要的新工具的工具箱,“米洛博士说,诊断系统分部的美国陆军传染病医学研究所,他最近添加MALDI-TOF实验室仪器的阿森纳。“Proteomics-based,是正交的核酸检测方法补充许多现存的和新兴的应用。”

微生物鉴定MALDI-TOF从替补到床边

MALDI-TOF的一个强大的应用,从研究微生物的诊所是识别传染病患者。微生物菌落培养病人样本被放置在MALDI“目标”板块,采用甲酸,嵌入矩阵,激光瞄准目标板开始样本集合。生物分子检测到不确定的合成光谱;相反,独特的模式由蛋白质和其他生物分子的微生物相匹配的频谱从数据库中已知的微生物,如指纹匹配来识别个人。每个光谱包含峰值独有的特定的属,物种,菌株和MALDI-TOF机使用一个算法产生一个值对其鉴定的信心水平。

应用MALDI-TOF临床微生物学的历史相对较短的推动下的引入与策划的商业工具数据库。自从Mellmann等人2008年的报告,²²紧随其后的是生等人,2009年²³方法被迅速吸收为临床诊断工具和监管部门的批准某些类型的微生物更容易识别。

MALDI-TOF可以识别多种微生物

自商业机器的出现,全球众多实验室使用MALDI-TOF和验证它的准确性对于识别各种各样的微生物。罗宾·帕特尔医学博士部门的主席临床微生物学实验医学和病理学系的梅奥诊所,承认MALDI-TOF的潜力,并为她的实验室采购了一台机器。“在不到一个星期,我们说服自己,这工作很好,需要实现临床实验室,并生成足够的数据提交一个抽象的国际科学会议,”她回忆道。她和她的实验室已经带头微生物鉴定MALDI-TOF梅奥诊所。^{1、24 - 27日}

是目前有效的有氧细菌和其他的识别方法,¹和可以识别革兰氏阳性^28、29和革兰氏阴性的物种²⁴各种临床来源和存储库以及病人隔离。²⁵MALDI-TOF也适合确定厌氧菌,甚至取代传统的识别方法。^{1,26岁,30岁}简单的目标板甲酸治疗也适合识别酵母,^1、27和一些MALDI-TOF数据库是通过监管机构对酵母鉴定。

分枝杆菌的鉴定,包括重要的病原体如结核分枝杆菌,已被证明更有挑战性由于厚的细胞壁。¹研究了各种裂解技术从分枝杆菌中提取更多的蛋白质含量,以确定MALDI-TOF可能提高识别精度。^31、32的困难也存在丝状真菌的细胞壁也更麻烦的破坏比细菌和分析之前需要蛋白分离。然而,定制的提取方法证明有效,^33、34丝状真菌的鉴定和进展为临床目的正在进行。

商业机器有临床数据集验证和批准用于临床诊断,如细菌和酵母的识别。研究数据集,所谓的研究只使用(RUO)包含参考光谱的微生物鉴定尚未得到监管机构的批准。¹此外,为了扩大感染,可以确定的数量,还可以构建自定义内部库。

这是特别有用的微生物更普遍在世界的某些地区可能有必要检测菌株或物种没有充分反映在商业数据库。同时,识别罕见或更多鲜为人知的生物可能提高了自定义构建光谱库。字段可能受益于一个中央存储库的光谱相似的基因和mRNA核酸数据库。”已经被证明是更有挑战性和MALDI-TOF质谱与核苷酸序列,因为数据可以影响条件用于生成数据的细节,包括处理样本,与个人仪器及其相关软件,”帕特尔博士说。如果实验可以标准化的可变性,它可能为存储库铺平道路。

不断超越自己

MALDI-TOF席卷了微生物诊断的竞技场,准确,快速,样品成本低微生物鉴定从病人的感染。尽管它的许多优点,它可以改善某些方面进一步扩大诊断能力。上面所讨论的,一个方面是增加表示不太常见的微生物在商业数据库。

另一个方面,它是至关重要的,选择一个抗生素治疗感染,是确定微生物的抗菌药物敏感性。米洛博士和他的实验室最近雇佣MBT-ASTRA,一个方法来识别微生物对抗生素的脆弱性。³⁵先前技术依赖耗时的培养,但MBT-ASTRA缩短这个过程仅仅几个小时通过记录MALDI-TOF光谱在殖民地种植在抗生素在不同时间点和量化的总蛋白质含量相对于内部标准。总蛋白质含量增加如果殖民地不敏感和成长。与微生物鉴定,广泛适用,MBT-ASTRA目前有限的几个测试微生物但可能变得更加广泛。“这是取决于仪器的灵敏度和是否能够辨别小增长率的差异,例如,缓慢生长的细菌生产这一个通用方法,“米洛博士说。“包或标准化的过程将需要开发帮助研究人员选择抗生素水平和时间点产生最优的结果。”

从临床的角度来说另一个重要方面是减少过程识别微生物的总时间早,开始治疗病人。虽然样本收集和识别快速从一个殖民地,MALDI-TOF目前仍然需要培养的微生物样本病人隔离殖民地。因此,直接检测临床样本的微生物如尿液、脑脊液或血液可以节省宝贵的时间从漫长的培养的步骤。¹这可能是复杂蛋白质由biofluids从微生物,模糊的光谱特性。然而,“消耗生物分子或捕获的微生物样品可能有助于提高信噪比为这种潜在的应用铺平了道路,”米洛博士解释道。阳性血培养,血液样本被孵化工具,“感觉”细菌生长,可以镀固体媒体和孵化生产增长的“电影”在数小时内服从MALDI-TOF的一天。“这是快速和廉价的和利用的广度覆盖MALDI-TOF质谱,”帕特尔博士说,他们的实验室执行此每天。

目前所有的建立临床MALDI-TOF化验和崭露头角的应用的范围是一个不可或缺的工具,微生物学家和改善医疗保健和治疗的病人。它走进它的作用只有一个十年的跨度中,继续研究可能会进一步使用到下一个十年中,预计将产生更多的应用程序。

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