Внутривидовая дифференциация Yersinia pestis с использованием масс-спектрометрического анализа

Цель исследования – оценка подходов и возможностей дифференциации штаммов возбудителя чумы основного и неосновных подвидов с использованием метода масс-спектрометрического анализа.
Материалы и методы. В работе использовали 102 штамма Yersinia pestis четырех подвидов, выращенные на агаре LB, рН (7,2±0,1), при температуре плюс (28±1) °С в течение (48±1) ч. Снятие масс-спектров образцов производили в автоматическом режиме с частотой лазера 60 Гц на масс-спектрометре Microflex LT (Bruker Daltonics, Германия). Спектры анализировали в диапазоне масс 2–20 КДа.
Результаты и обсуждение. Рассмотрены различные подходы к дифференциации штаммов чумного микроба по подвидам (биоварам) с использованием метода MALDI-TOF массспектрометрии. При применении визуального анализа для исследуемой выборки не удалось выбрать фрагменты протеинограммы, которые могли бы считаться специфичными сигналами для каждого подвида или биовара Y. pestis. При помощи кластерного анализа программы MALDI Biotyper отмечено формирование двух отдельных кластеров, включающих масс-спектры штаммов основного и кавказского подвидов чумного микроба. Масс-спектры штаммов Y. pestis центральноазиатского и улегейского подвидов не группируются в обособленные кластеры. При оценке информативности пиков в масс-спектрах продемонстрировано, что один и тот же пик имеет различное весовое значение для разных подвидов (биоваров). Таким образом, рассмотрена возможность применения различных подходов при анализе белковых профилей штаммов Y. pestis для их дифференциации по подвидам и/ или биоварам.

1. Попова А.Ю., Кутырев В.В., редакторы. Атлас природных очагов чумы России и зарубежных государств. Калининград: РА Полиграфычъ; 2022. 348 с.

2. Elbehiry A., Marzouk E., Moussa I., Anagreyyah S., AlGhamdi A., Alqarni A., Aljohani A., Hemeg H.A., Almuzaini A.M, Alzaben F., Abalkhail A., Alsubki R.A., Najdi A., Algohani N., Abead B., Gazzaz B., Abu-Okail A. Using protein fingerprinting for identifying and discriminating methicillin resistant Staphylococcus aureus isolates from inpatient and outpatient clinics. Diagnostics (Basel). 2023; 13(17):2825. DOI: 10.3390/diagnostics13172825.

3. Sogawa К., Watanabe M., Ishige T., Segawa S., Miyabe A., Murata S., Saito T., Sanda A., Furuhata K., Nomura F. Rapid discrimination between methicillin-sensitive and methicillin-resistant Staphylococcus aureus using MALDI-TOF mass spectrometry. Biocontrol Sci. 2017; 22(3):163–9. DOI: 10.4265/bio.22.163.

4. Liu X., Su T., Hsu Y.S., Yu H., Yang H.S., Jiang L., Zhao Z. Rapid identification and discrimination of methicillin-resistant Staphylococcus aureus strains via matrix-assisted laser desorption/ ionization time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2021; 35(2):8972. DOI: 10.1002/rcm.8972.

5. Wang J., Xia C., Wu Y., Tian X., Zhang K., Wang Z. Rapid detection of carbapenem-resistant Klebsiella pneumonia using machine learning and MALDI-TOF MS platform. Infect. Drug Resist. 2022; 15:3703–10. DOI: 10.2147/IDR.S367209.

6. 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. DOI: 10.21055/0370-1069-2014-3-77-82.

7. Спицын А.Н., Уткин Д.В., Щербакова Н.Е., Портенко С.А., Абдрашитова А.С., Касьян И.А., Германчук В.Г., Куклев В.Е. MALDI-TOF масс-спектрометрический анализ штаммов возбудителя чумы. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; (2):91–4. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-91-94.

8. Афанасьев M.B., Миронова Л.В., Басов Е.А., Остяк А.С., Куликалова Е.С., Урбанович Л.Я., Балахонов С.В. MALDI-TOF масс-спектрометрический анализ в ускоренной идентификации микроорганизмов рода Vibrio. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2014; (3):22–29.

9. Телесманич Н.Р., Чайка С.О., Чайка И.А., Гончаренко Е.В., Ломов Ю.М. Масс-спектрометрический анализ MALDITOF в идентификации и типировании штаммов холерных вибрионов. Клиническая лабораторная диагностика. 2016; 61(6):375–9. DOI: 10.18821/0869-2084-2016-61-6-375-379.

10. 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.

11. Ульшина Д.В., Ковалев Д.А., Бобрышева О.В., Пономаренко Д.Г., Русанова Д.В., Ковалева Н.И., Куличенко А.Н. Применение времяпролетной масс-спектрометрии для диагностики бруцеллеза и межвидовой дифференциации штаммов Brucella spp. Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2018; 7(4):15–24. DOI: 10.24411/2305-3496-2018-14002.

12. Котенева Е.А., Котенев Е.С., Калинин А.В., Царева Н.С., Кот Л.А., Жаринова Н.В., Зайцев А.А., Печковский Г.А. Протеомное профилирование штаммов Yersinia pestis, циркулирующих на территории природных очагов чумы Северного Кавказа и Закавказья. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2019; (4):18–25. DOI: 10.36233/0372-9311-2019-4-18-25.

13. Сынгеева А.К., Остяк А.С., Куликалова Е.С., Мазепа А.В., Наумова К.В., Балахонов С.В. Эффективность применения MALDI ToF масс-спектрометрии при идентификации штаммов Francisella tularensis. Проблемы особо опасных инфекций. 2022; (3):145–50. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-3-145-150.

14. Бойко А.А., Бойко А.В. Программа для количественной оценки информативности двоичных (качественных) свойств (признаков), используемых при дифференциации классов объектов и расчета диагностических коэффициентов. Свидетельство о регистрации № 2019619234, опубл. 15.07.2019. Бюл. № 7.

15. Lasch P., Drevinek M., Nattermann H., Grunow R., Stämmler M., Dieckmann R., Schwecke T., Naumann D. Characterization of Yersinia using MALDI-TOF mass spectrometry and chemometrics. Anal. Chem. 2010; 82(20):8464–75. DOI: 10.1021/ac101036s.

16. Feng B., Shi L., Zhang H., Shi H., Ding C., Wang P., Yu S. Effective discrimination of Yersinia pestis and Yersinia pseudotuberculosis by MALDI-TOF MS using multivariate analysis. Talanta. 2021; 234:122640. DOI: 10.1016/j.talanta.2021.122640.

17. UniProt. [Электронный ресурс]. URL: https://www. uniprot.org (дата обращения 21.10.2024).

18. Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Cтатистический анализ с применением современных программных средств: учеб. пособие. СПб.: ИЦ «Интермедия»; 2017. 100 c.