Применение MALDI масс-спектрометрии в диагностике особо опасных инфекционных болезней: современное состояние и перспективы
https://doi.org/10.21055/0370-1069-2014-3-77-82
Аннотация
Масс-спектрометрия является современным физико-химическим методом анализа, позволяющим проводить качественный и количественный анализ состава вещества, основанный на предварительной ионизации входящих в его состав атомов или молекул. Одним из новых методов ионизации, благодаря которому масс-спектрометрическое исследование макромолекул получило широкое распространение, является разработанная матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI), представляющая собой импульсное лазерное облучение исследуемого вещества, смешанного с матрицей. В обзоре представлены современные данные о применении метода MALDI масс-спектрометрии для проведения родо- и видоспецифической идентификации микроорганизмов в практике диагностических лабораторий. Рассмотрены преимущества MALDI-TOF идентификации по сравнению с бактериологическими, иммунологическими и молекулярно-генетическими методами исследования. Обозначено место масс-спектрометрии в системе лабораторной диагностики инфекционных болезней, в том числе особо опасных на территории Российской Федерации.
Об авторах
А. Н. Спицын
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
Д. В. Уткин
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
В. Е. Куклев
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
С. А. Портенко
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
В. Г. Германчук
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
Н. А. Осина
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
Список литературы
1. Владимиров Ю.А., Литвин Ф.Ф. Фотобиология и спектральные методы исследования. Практикум по общей биофизике. Вып. 8. М.: Высш. шк.; 1964. 211 с.
2. Гриднева Л.Г., Мусатов Ю.С., Громова Т.В., Пуховская Н.М., Белозерова Н.Б., Уткина О.М., Иванов Л.И., Ковальский А.Г., Миронова Л.В., Куликалова Е.С., Хунхеева Ж.Ю., Балахонов С.В. Результаты мониторинга и биологические свойства холерных вибрионов, изолированных из объектов окружающей среды на территории хабаровского края. Пробл. особо опасных инф. 2014; 1:121-4.
3. Дубровский Я.А., Подольская Е.П. Определение токсинов пептидной природы методом MALDI-MS (обзор). Научное приборостроение. 2010; 20(4):21-35.
4. Карнаухова Л.И., Тупицын Е.Н. УФ-спектроскопия биологических макромолекул. Уч.-метод. пособие. Саратов; 2002. 15 с.
5. Мерзляк М.Н., Чивкунова О.Б., Маслова И.П., Накви Р.К., Соловченко А.Е., Клячко-Гурвич Г.Л. Спектры поглощения и рассеяния света клеточными суспензиями некоторых цианобактерий и микроводорослей. Физиология растений. 2008; 55(3):464-70.
6. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Лабораторная диагностика опасных инфекционных болезней. Практическое руководство. М.; 2009. 472 с.
7. Онищенко Г.Г., редактор. Руководство по специфической индикации патогенных биологических агентов. М.: ЗАО «МП Гигиена»; 2006. 288 с.
8. Справочник химика. Т. 4. Аналитическая химия. Спектральный анализ. Показатели преломления. Л: Химия; 1967.
9. Современные методы микробиологических исследований. Воронеж; 2007. 69 с.
10. Уткин Д.В., Куклев В.Е., Ерохин П.С., Осина Н.А. Применение методов спектроскопии для индикации и идентификации патогенных биологических агентов. Пробл. особо опасных инф. 2011; 2(108):68-71.
11. Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. М.: Техносфера; 2007. 368 с.
12. Ayyadurai S., Flaudrops C., Raoult D., Drancourt M. Rapid identification and typing of Yersinia pestis and other Yersina species by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-light (MALDI-TOF) mass spectrometry. BMC Microbiol. 2010; 10:285.
13. Bader O., Weig M., Taverne-Ghadwal L., Lugert R., Cross U., Kuhns M. Improved clinical laboratory identification of human pathogenic yeasts by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Clin. Microbiol. Infect. 2011; 17:1359-65.
14. Baena J.R., Lendl B. Raman spectroscopy in chemical bioanalysis. Curr. Opin. Chem. Biol. 2004; 8:534-9.
15. Batoy S.M.A.B., Borgmann S., Flick K., Griffith J., Jones J.J., Saraswathi V., Hasty A.H., Kaiser P., Wilkins C.L. Lipid and Phospholipid Profiling of Biological Samples Using MALDI Fourier Transform Mass Spectrometry. Lipids. 2009; 44(4):367-71.
16. Bernardo K., Pakulat N., Fleer S., Schnaith A., Utermöhlen O., Krut O., Müller S., Krönke M. Subinhibitory concentrations of linezolid reduce Staphylococcus aureus virulence factor expression. Antimicrob Agents Chemother. 2004; 48(2):546-55.
17. Cherkaoui A., Hibbs J., Emonet S., Tangomo M., Girard M., Francois P., Schrenzel J. Comparison of Two Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry Methods with Conventional Phenotypic Identification for Routine Identification of Bacteria to the Species Level. J. Clin. Microbiol. 2010; 48(4):1169-75.
18. Croxatto A., Prod’hom G., Greub G. Applications of MALDI-TOF mass spectrometry in clinical diagnostic microbiology. FEMS Microbiol. Rev. 2011; 36:380-407.
19. Fagerquist C.K., Sultan O. Top-Down Proteomic Identification of Furin-Cleaved α-Subunit of Shiga Toxin 2 from Escherichia coli O157:H7 Using MALDI-TOF-TOF-MS/MS. J. Biomed. Biotechnol. 2010; 2010:123460.
20. Ferreira L., Vega Castaño S.V., Sánchez-Juanes F., González-Cabrero S., Menegotto F., Orduña-Domingo A., Gonzáles-Buitrago J.M., Muños-Bellido J.L. Identification of Brucella by MALDI-TOF Mass Spectrometry. Fast and Reliable Identification from Agar Plates and Blood Cultures. PLoS One. 2010; 5(12):14235.
21. Gagnaire J., Dauwalder O., Boisset S., Khau D., Freydière A.-M., Ader F., Bes M., Lina G., Tristan A., Reverdy M.-E., Marchand A., Geissmann T., Benito Y., Durand G., Charrier J.-P., Etienne J., Welker M., van Belkum A., Vandenesch F. Detection of Staphylococcus aureus Delta-Toxin Production by Whole-Cell MALDI-TOF Mass Spectrometry. PLoS One. 2012; 7(7):40660.
22. Gaunt P.S., Kalb S.R., Barr J.R. Detection of botulinum type E toxin in channel catfish with visceral toxicosis syndrome using catfish bioassay and endopep mass spectrometry. J. Vet. Diagn. Invest. 2007; 19:349-54.
23. Gidden J., Denson J., Liyanage R., Ivey D.M., Lay J.O. Lipid Compositions in Escherichia coli and Bacillus subtilis During Growth as Determined by MALDI-TOF and TOF/TOF Mass Spectrometry. Int. J. Mass Spectrom. 2009; 283(1-3):178-84.
24. Gomes-Solecki M.J.C., Savitt A.G., Rowehl R., Glass J.D., Bliska J.B., Dattwyler R.J. LcrV Capture Enzyme-Linked Immunosorbent Assay for Detection of Yersinia pestis from Human Samples. Clin. Diagn. Lab. Immunol. 2005; 12:339-46.
25. Harris L.G., El-Bouri K., Johnston S., Rees E., Frommelt L., Siemssen N., Christner M., Davies A.P., Rohde H., Macj D. Rapid identification of staphylococci from prosthetic joint infections using MALDI-TOF mass-spectrometry. Int. J. Artif. Organs. 2010; 33(9):568-74.
26. Hazen H.T., Martinez J.R., Chen Y., Lafon P.C., Garrett N.M., Parsons M.B., Bopp C.A., Sullards M.C., Sobecky P.A. Rapid Identification of Vibrio parahaemolyticus by Whole-Cell Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry. App. And Env. Microbiol. 2009; 75(21):6745-56.
27. Jiang J., Parker C., Fuller J., Kawula T., Borchers C. An immunoaffinity tandem mass spectrometry (iMALDI) assay for detection of Francisella tularensis. Anal. Chim. Acta. 2007; 605(1):70-9.
28. Kalb S.R., Moyra H., Boyer A.E., McWilliams L.G., Pirkle J.L., Barr J.R. The use of Endopep-MS for the detection of botulinum neurotoxins A, B, E, and F in serum and stool samples. Anal. Biochem. 2006; 351(1):84-92.
29. Kirpekar F., Nordhoff E., Larsen L.K., Kristiansen K., Roepstorff P., Hillenkamp F. DNA sequence analysis by MALDI mass spectrometry. Nucleic Acids Research. 1998; 26(11):2554-9.
30. Kull S., Pauly D., Sturmann B., Kirchner S., Stämmler M., Dorner M.B., Lasch P., Naumann D., Dorner B.G. Multiplex detection of microbial and plant toxins by immunoaffinity enrichment and matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry. Anal. Chem. 2010; 82(7):2916-24.
31. Lambert P.J., Whitman A.G., Dyson O.F., Akula S.M. Raman spectroscopy: the gateway into tomorrow’s virology. Virol. J. 2006; 3:51.
32. Lasch P., Beyer W., Nattermann H., Stämmler M., Siegbrecht E., Grunow R., Naumann D. Identification of Bacillus anthracis by Using Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Light Mass Spectrometry and Artificial Neural Networks. Appl. Environ. Microbiol. 2009; 75(22):7229.
33. Lim D., Simpson J., Kearns E., Kramer M. Current and Developing technologies for monitoring agents of bioterrorism and biowarfare. Clin. Microbiol. Rew. 2005; 18(4):583-607.
34. Lista F., Reubsaet F., De Santis R., Parchen R., de Jong A., Kieboom J., van der Laaken A., Voskamp-Visser I., Fillo S., Jansen H-J., van der Plas J., Paauw A. Reliable identification at the species level of Brucella isolates with MALDI-TOF-MS. BMC Microbiology. 2011; 11:267.
35. Mellmann A., Cloud J., Maier T., Keckevoet U., Ramminger I., Iwen P., Dunn J., Hall G., Wilson D., LaSala P., Kostrzewa M., Harmsen D. Evaluation of Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time-of-Flight Mass Spectrometry in Comparison to 16S rRNA Gene Sequencing for Species Identification of Nonfermenting Bacteria. J. Clin. Microbiol. 2008; 46(6):1946-54.
36. Nedelkov D., Nelson R.W. Detection of Staphylococcal Enterotoxin B via biomolecular interaction analysis mass spectrometry. Appl. Environ. Microbiol. 2003; 69(9):5212-5.
37. Nordhoff E., Luebbert C., Thiele G., Haiser V., Lehrach H. Rapid determination of short DNA sequences by the use of MALDI-MS. Nucleic Acids Research. 2000; 28(20):86.
38. Peruski A.H., Peruski L.F.Jr. Immunological Methods for Detection and Identification of Infectious Disease and Biological Warfare Agents. Clin. Diagn. Lab. Immunol. 2003; 10(4):506-13.
39. Ryzhov V., Hathout Y., Fenselau C. Rapid Characterization of Spores of Bacillus cereus Group Bacteria by Matrix-Assisted Laser Desorption-Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry. Appl. And Env. Microbiol. 2000; 66(9):3828-34.
40. Seibold E., Maier T., Kostrzewa M., Zeman E., Splettstoesser W. Identification of Francisella tularensis by Whole-Cell Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Light Mass Spectrometry: Fast, Reliable, Robust, and Cost-Effective Differentiation on Species and Subspecies Levels. J. Clin. Microbiol. 2010; 48(4):1061.
41. Schilling B., McLendon M., Phillips N., Apicella M., Gibson B. Characterization of Lipid A Acylation Patterns in Francisella tularensis, F.novicida and F.philomiragia using Multiple-Stage Mass Spectrometry (MSn) on a vMALDI Linear Ion Trap. Anal. Chem. 2007; 79(3):1034-42.
42. Schlosser G., Kačer P., Kuzma M., Szilágyi Z., Sorrentino A., Manzo C., Pizzano R., Malorni L., Pocsfalvi G. Coupling immunomagnetic separation on magnetic beads with matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry for detection of staphylococcal Enterotoxin B. Appl. Environ. Microbiol. 2007; 73(21):6945-52.
43. Seng P., Drancourt M., Gouriet F., La Scola B., Fournier P.E., Rolain J.M., Raoult G. Ongoing revolution in bacteriology: routine identification of bacteria by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Clin. Infect. Dis. 2009; 49:543-51.
44. Shields S.J., Oyeyemi O., Lighstone F.C., Balhorn R. Mass spectrometry and non-covalent protein-ligand complexes: confirmation of binding sires and changes in tertiary structure. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2003; 14(5):460-70.
45. Silipo A., Lanzetta R., Amoresano A., Parrilli M., Molinaro A. Ammonium hydroxide hydrolysis: a valuable support in the MALDI-TOF mass spectrometry analysis of Lipid A fatty acid distribution. J. Lipid Res. 2002; 43(12):2188-95.
46. Tsilia V., Devreese B., de Baenst I., Mesuere B., Rajkovich A., Uyttendaele M., van de Viele T., Heyndrickx M. Application of MALDI-TOF mass spectrometry for the detection of enterotoxins produced by pathogenic strains of the Bacillus cereus group. Anal. Bioanal. Chem. 2012; 404(6-7):1691-702.
47. Usuki S., Pajaniappan M., Thompson S.A., Yu R.K. Chemical validation of molecular mimicry: interaction of cholera toxin with Campylobacter lipooligosaccharides. Glycoconj. J. 2007; 24(2-3):167-80.
48. van Veen S.Q., Claas E.C.J., Kuijper Ed J. High-Throughput Identification of Bacteria and Yeast by Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry in Conventional Medical Microbiology Laboratories. J. Clin. Microbiol. 2010; 48(3):900-7.
49. Zhang X., Yonzon C.R., van Duyne R.P. An electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy approach to anthrax detection. Proc. SPIE. 2003; 5221:82-91.
50. Zourob M., Elwary S., Turner A. Principles of Bacterial Detection: Biosensors, Recognition Receptors and Microsystems. Springer; 2008. 970 p.
Рецензия
Для цитирования:
Спицын А.Н., Уткин Д.В., Куклев В.Е., Портенко С.А., Германчук В.Г., Осина Н.А. Применение MALDI масс-спектрометрии в диагностике особо опасных инфекционных болезней: современное состояние и перспективы. Проблемы особо опасных инфекций. 2014;(3):77-82. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2014-3-77-82
For citation:
Spitsyn A.N., Utkin D.V., Kuklev V.E., Portenko S.A., Germanchuk V.G., Osina N.A. Application of MALDI Mass-Spectrometry for Diagnostics of Particularly Dangerous Infectious Diseases: Current State of Affairs and Prospects. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2014;(3):77-82. (In Russ.) https://doi.org/10.21055/0370-1069-2014-3-77-82
Просмотров: 1305
Послать статью по эл. почте 