Эффективность применения MALDI ToF масс-спектрометрии при идентификации штаммов Francisella tularensis

Цель исследования – оценить эффективность применения MALDI‑ToF масс-спектрометрии при идентификации коллекционных и свежевыделенных штаммов возбудителя туляремии с использованием базы данных «Белковые профили масс-спектров микроорганизмов I–II групп патогенности для программы MALDI Biotyper».

Материалы и методы. Исследовано 142 штамма Francisella tularensis, в числе которых 59 коллекционных и 83 свежевыделенных. Для их идентификации использовали бактериологический, молекулярно-генетический и масс-спектрометрический методы исследования. Сбор масс-спектров, анализ, генерация и расширение референсных библиотек выполнены на масс-анализаторе Microflex LT с использованием пакета программ FlexControl v. 3.3, FlexAnalysis v. 3.3, MALDI Biotyper 3.0. Кластерный анализ осуществлен в программе BioNumerics 7.6.

Результаты и обсуждение. Оценена возможность идентификации возбудителя туляремии с помощью расширенной базы данных MALDI Biotyper 3.0 «Белковые профили масс-спектров микроорганизмов I–II групп патогенности для программы MALDI Biotyper». При идентификации до уровня вида результаты масс-спектрометрии коллекционных и свежевыделенных штаммов показали 91,5 и 97,6 % достоверности соответственно. В определении родовой принадлежности надежность идентификации составила 100 %. Таким образом, метод MALDI‑ToF массспектрометрии позволяет достоверно проводить видовую и родовую идентификацию штаммов F. tularensis. На основании кластерного анализа 66 штаммов F. tularensis в программе BioNumerics 7.6. с использованием Pearson correlation по алгоритму UPGMA оценена возможность подвидовой дифференциации. В связи со схожестью белковых профилей штаммов F. tularensis четкой дифференциации на подвиды добиться не удалось. Для успешного проведения подвидовой дифференциации необходимо использовать другие варианты подготовки образцов, приборы нового поколения с более высокой разрешающей способностью, а также применять дополнительные подходы и инструменты анализа. 

1. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Лабораторная диагностика опасных инфекционных болезней. Практическое руководство. М.: Шико; 2013. 560 с.

2. Балахонов С.В., Миронова Л.В., Афанасьев М.В., Куликалова Е.С., Остяк А.С. MALDI ToF масс-спектрометрическое определение видовой принадлежности патогенов в совершенствовании эпидемиологического надзора за опасными инфекционными болезнями. Бактериология. 2016; 1(1):88–94. DOI: 10.20953/2500-1027-2016-1-88-94.

3. Nano F.E., Zhang N., Cowley S.C., Klose K.E., Cheung K.K., Roberts M.J., Ludu J.S., Letendre G.W., Meierovics A.I., Stephens G., Elkins K.L. A Francisella tularensis pathogenicity island required for intramacrophage growth. J. Bacteriol. 2004; 186(19):6430–6. DOI: 10.1128/JB.186.19.6430-6436.2004.

4. Seibold E., Maier T., Kostrzewa M., Zeman E., Splettstoesser W. Identification of Francisella tularensis by wholecell matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry: fast, reliable, robust, and cost-effective differentiation on species and subspecies levels. J. Clin. Microbiol. 2010; 48(4):1061–9. DOI: 10.1128/JCM.01953-09.

5. Karatuna O., Celebi B., Can S., Akyar I., Kilic S. The use of matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry in the identification of Francisella tularensis. Bosn. J. Basic Med. Sci. 2016; 16(2):132–8. DOI: 10.17305/bjbms.2016.894.

6. Gekenidis M.-T., Studer P., Wüthrich S., Brunisholz R., Drissner D. Beyond the matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) biotyping workflow: in search of microorganism-specific tryptic peptides enabling discrimination of subspecies. Appl. Environ. Microbiol. 2014; 80(14):4234–41. DOI: 10.1128/AEM.00740-14.

7. Gao W., Li B., Ling L., Zhang L., Yu S. MALDI TOF MS method for differentiation of methicillin-sensitive and methicillin-resistant Staphylococcus aureus using (E)-Propyl α-cyano4-Hydroxyl cinnamylate. Talanta. 2022; 244:123405. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123405.

8. Цимбалистова М.В., Павлович Н.В., Аронова Н.В., Чайка И.А., Чайка С.О., Водопьянов А.С. Масс-спектрометрический анализ природных и антиген-измененных штаммов туляремийного микроба. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 4:92–6. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-4-92-96.

9. Seibold E., Bogumil R., Vorderwülbecke S., Al Dahouk S., Buckendahl A., Tomaso H., Splettstoesser W. Optimized application of surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight MS to differentiate Francisella tularensis at the level of subspecies and individual strains. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2017; 49(3):364– 73. DOI: 10.1111/j.1574-695X.2007.00216.x.