Возможности, проблемы и перспективы масс-спектрометрических технологий в медицинской микробиологии (обзор литературы)

Аннотация

Обзор литературы посвящен анализу возможностей, недостатков и перспектив важной прикладной технологии, которая стремительно внедряется в медицинскую микробиологию, — масс-спектрометрии (МС). Главным достижением МС является быстрая и надежная идентификация большинства актуальных для медицины видов микробов, производимая не только из чистых культур, но и из биологического материала. Существуют лишь единичные таксономические группы, представители которых недостоверно идентифицируются при помощи МС. Приводятся примеры методов внутривидового определения клинически/эпидемиологически значимых штаммов и оценки их свойств, включая вирулентность и резистентность. Перспективы МС связаны с внедрением в микробиологическую практику способов оценки вирулентности, резистентности и типирования. Главные проблемы микробиологической МС заключаются в несовершенстве идентификации микроорганизмов в смешанных культурах (включая биологический материал) и отсутствии стандартных критериев в оценке антибиотикорезистентности микробов.

Об авторах

Список литературы

Данные с сайта Европейского Центра по Профилактике и Контролю Заболеваний. Available at: https://ecdc.europa.eu. (дата обращения: Сентябрь 2015 г.)

Баранов А.А., Маянский А.Н., Чеботарь И.В., Маянский Н.А. Новая эпоха в медицинской микробиологии. Вестник РАН. 2015; 85 (1): 1008-16.

Данные с сайта Научно-производственной фирмы «Литех». Available at: https://www.biotyper.ru/maldi-bactoscreen.htm. (дата обращения: Сентябрь 2015 г.)

Su W., Gao X., Jiang L., Qin J. Microfluidic platform towards point-of-care diagnostics in infectious diseases. J. Chromatogr. A. 2015; 1377: 13-26.

Önnerfjord P., Ekström S., Bergquist J., Nilsson J., Laurell T., Marko-Varga G. Homogeneous sample preparation for automated high throughput analysis with matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 1999; 13 (5): 315-22.

Carda-Broch S., Berthod A., Armstrong D.W. Ionic matrices for matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight detection of DNA oligomers. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2003; 17 (6): 553-60.

Gyémánt G., Tóth A., Bajza I., Kandra L., Lipták A. Identification and structural analysis of synthetic oligosaccharides of Shigella sonnei using MALDI-TOF MS . Carbohydr. Res. 2001; 334 (4): 315-22.

Paauw A., Trip H., Niemcewicz M., Sellek R., Heng J.M., Mars-Groenendijk R.H. et al. OmpU as a biomarker for rapid discrimination between toxigenic and epidemic Vibrio cholerae O1/O139 and nonepidemic Vibrio cholerae in a modified MALDI-TOF MS assay. BMC Microbiol. 2014; 14: 158.

Toh-Boyo G.M., Wulff S.S., Basile F. Comparison of sample preparation methods and evaluation of intra-and intersample reproducibility in bacteria MALDI-MS profiling. Anal. Chem. 2012; 84 (22): 9971-80.

Pelletier M.R., Casella L.G., Jones J.W., Adams M.D., Zurawski D.V., Hazlett K.R. et al. Unique structural modifications are present in the lipopolysaccharide from colistin-resistant strains of Acinetobacter baumannii. Antimicrob. Agents Chemother. 2013; 57 (10): 4831-40.

Маянский Н.А., Калакуцкая А.Н., Мотузова О.В., Ломинадзе Г.Г., Крыжановская О.А., Катосова Л.К. MALDI-TOF масс-спектрометрия в рутинной работе микробиологической лаборатории. Вопросы диагностики в педиатрии. 2011; 3 (5): 20-5.

Patel R. MALDI-TOF MS for the diagnosis of infectious diseases. Clin. Chem. 2015; 61 (1): 100-11.

Афанасьев М.В., Миронова Л.В., Балахонов С.В. MALDI-TOF масс-спектрометрический анализ для идентификации возбудителей чумы, холеры и туляремии. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2015; 33 (2): 3-8.

Majchrzykiewicz-Koehorst J.A., Heikens E., Trip H., Hulst A.G., de Jong A.L., Viveen M.C. et al. Rapid and generic identification of influenza A and other respiratory viruses with mass spectrometry. J. Virol. Methods. 2015; 213: 75-83.

Chen J.H., Ho P.L., Kwan G.S., She K.K., Siu G.K., Cheng V.C. et al. Direct bacterial identification in positive blood cultures by use of two commercial matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry systems. J. Clin. Microbiol. 2013; 51 (6): 1733-9.

Ferreira L., Sánchez-Juanes F., González-Avila M., Cembrero-Fuciños D., Herrero-Hernández A., González-Buitrago J.M. et al. Direct identification of urinary tract pathogens from urine samples by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2010; 48 (6): 2110-5.

Sánchez-Juanes F., Siller Ruiz M., Moreno Obregón F., Criado González M., Hernández Egido S., de Frutos Serna M. et al. Pretreatment of urine samples with SDS improves direct identification of urinary tract pathogens with matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2014; 52 (1): 335-8.

Demarco M.L., Burnham C.A. Diafiltration MALDI-TOF mass spectrometry method for culture-independent detection and identification of pathogens directly from urine specimens. Am. J. Clin. Pathol. 2014; 141 (2): 204-12.

Segawa S., Sawai S., Murata S., Nishimura M., Beppu M., Sogawa K. et al. Direct application of MALDI-TOF mass spectrometry to cerebrospinal fluid for rapid pathogen identification in a patient with bacterial meningitis. Clin. Chim. Acta. 2014; 435: 59-61.

Nyvang Hartmeyer G., Kvistholm Jensen A., Böcher S., Damkjaer Bartels M., Pedersen M., Engell Clausen M. et al. Mass spectrometry: pneumococcal meningitis verified and Brucella species identified in less than half an hour. Scand. J. Infect. Dis. 2010; 42 (9): 716-8.

Чеботарь И.В., Пономаренко О.А., Лазарева А.В., Карасева О.В., Горелик А.Л., Бочарова Ю.А. и др. Использование MALDI-TOF-технологии для идентификации возбудителей септических состояний в педиатрической практике. Современные технологии в медицине. 2015; 7 (2): 68-74.

Крыжановская О.А., Лазарева А.В., Пономаренко О.А., Катосова Л.К., Тепаев Р.Ф., Карасева О.В. и др. Масс-спектрометрическая идентификация возбудителей инфекций кровотока: опыт в педиатрической практике. Российский педиатрический журнал. 2014; 17 (5): 4-9.

Kok J., Thomas L.C., Olma T., Chen S.C., Iredell J.R. Identification of bacteria in blood culture broths using matrix-assisted laser desorptionionization Sepsityper™ and time of flight mass spectrometry. PLoS One. 2011; 6 (8): e23285.

Wang X.H., Zhang G., Fan Y.Y., Yang X., Sui W.J., Lu X.X. Direct identification of bacteria causing urinary tract infections by combining matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry with UF-1000i urine flow cytometry. J. Microbiol. Methods. 2013; 92 (3): 231-5.

Hsueh P.R., Lee T.F., Du S.H., Teng S.H., Liao C.H., Sheng W.H. et al. Bruker biotyper matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry system for identification of Nocardia, Rhodococcus, Kocuria, Gordonia, Tsukamurella, and Listeria species. J. Clin. Microbiol. 2014; 52 (7): 2371-9.

Lau A.F., Drake S.K., Calhoun L.B., Henderson C.M., Zelazny A.M. Development of a clinically comprehensive database and a simple procedure for identification of molds from solid media by matrixassisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2013; 51 (3): 828-34.

Hettick J.M., Green B.J., Buskirk A.D., Kashon M.L., Slaven J.E., Janotka E. et al. Discrimination of Penicillium isolates by matrixassisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry fingerprinting. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2008; 22 (16): 2555-60.

Маянский А.Н. Патогенетическая микробиология. Нижний Новгород: НГМА; 2006.

Werno A.M., Christner M., Anderson T.P., Murdoch D.R. Differentiation of Streptococcus pneumoniae from Nonpneumococcal Streptococci of the Streptococcus mitis group by Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2012; 50 (9): 2863-7.

Dubois D., Segonds C., Prere M.F., Marty N., Oswald E. Identification of clinical Streptococcus pneumoniae isolates among other alpha and nonhemolytic streptococci by use of the Vitek MS matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry system. J. Clin. Microbiol. 2013; 51 (6): 1861-7.

Zhou C., Tao L., Hu B., Ma J., Ye X., Huang S. et al. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry for the identification of beta-hemolytic streptococci. J. Thorac. Dis. 2015; 7 (4): 591-5.

Ikryannikova L.N., Filimonova A.V., Malakhova M.V., Savinova T., Filimonova O., Ilina E.N. et al. Discrimination between Streptococcus pneumoniae and Streptococcus mitis based on sorting of their MAL DI mass spectra. Clin. Microbiol. Infect. 2013; 19 (11): 1066-71.

Khot P.D., Fisher M.A. Novel approach for differentiating Shigella species and Escherichia coli by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2013; 51 (11): 3711-6.

Ильина Е.Н. Прямое МАЛДИ масс-спектрометрическое профилирование бактериальных белков для индикации и характеристики патогенов. Acta Nature. 2009; (1): 115-20.

Чеботарь И.В., Гурьев Е.Л. Лабораторная диагностика клинически значимых биопленочных процессов. Вопросы диагностики в педиатрии. 2012; (4): 15-20.

Страчунский Л.С., Белоусов Ю.Б., Козлов С.Н. Практическое руководство по антиинфекционной химиотерапии. Смоленск: НИИАХ СГМА; 2002.

Dallagassa C.B., Huergo L.F., Stets M.I., Pedrosa F.O., Souza E.M., Cruz L.M. et al. Matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry analysis of Escherichia coli categories. Genet. Mol. Res. 2014; 13 (1): 716-22.

Fujinami Y., Kikkawa H.S., Kurosaki Y., Sakurada K., Yoshino M., Yasuda J. Rapid discrimination of Legionella by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Microbiol. Res. 2011; 166 (2): 77-86.

Mencacci A., Monari C., Leli C., Merlini L., De Carolis E., Vella A. et al. Typing of nosocomial outbreaks of Acinetobacter baumannii by use of matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2013; 51 (2): 603-6.

Sauget M., Nicolas-Chanoine M.H., Cabrolier N., Bertrand X., Hocquet D. Matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry assigns Escherichia coli to the phylogroups A, B1, B2 and D. Int. J. Med. Microbiol. 2014; 304 (8): 977-83.

Clark C.G., Kruczkiewicz P., Guan C., McCorrister S.J., Chong P., Wylie J. et al. Evaluation of MALDI-TOF mass spectroscopy methods for determination of Escherichia coli pathotypes. J. Microbiol. Methods. 2013; 94 (3): 180-91.

Fagerquist C.K., Garbus B.R., Miller W.G., Williams K.E., Yee E., Bates A.H. et al. Rapid identification of protein biomarkers of Escherichia coli O157: H7 by matrix-assisted laser desorption ionization-time-of-flight- time-of-flight mass spectrometry and top-down proteomics. Anal. Chem. 2010; 82 (7): 2717-25.

Ключевые слова