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毅新质谱文献分享 | MALDI-TOF MS鉴定微生物获得广泛认可

众所周知,感染性疾病的爆发与流行是我国乃至全球的公共卫生威胁,感染性疾病占全部死因的25%以上,而微生物快速准确鉴定是感染性疾病治疗的关键因素。国家卫计委关于全国食物中毒事件情况的通报中,微生物性中毒事件及中毒人数均居首位。2010年美国沙门氏菌感染、2015年肉毒杆菌污染奶粉等生物安全公共事件,都突显出致病菌的严重危害。

 

目前微生物国标的生化培养鉴定方法,鉴定时间超过72小时,鉴定范围在600种以内,该方法不利于细菌和真菌的快速鉴定,MALDI-TOF MS微生物鉴定具有快速鉴定、灵敏准确、简便低耗、性价比高等特点,对微生物的快速鉴定、院内感染控制和抗菌药物滥用、鉴定成本控制等都具有非常重要的意义。


毅新质谱2007-2018 MALDI-TOF MS微生物鉴定部分文献分享


文献1


论文题目:MALDI-TOF MS引领分子诊断新时代

期刊名称:生物技术世界

发表时间:2006年


研究内容:


MALDI-TOF MS是近年来发展起来的一种软电离新型有机质谱,近年来已成为检测和鉴定多肽、蛋白质、多糖、核苷酸、糖蛋白、高聚物以及多种合成聚合物的强有力工具。其特点是灵敏度高、准确度高、分辨率高、图谱简明、质量范围广及速度快等特点,在操作上制样简便、可微量化、大规模、并行化和高度自动化处理待检生物药品,而且在测定生物大分子和合成高聚物应用方面有特殊的优越性。MALDI-TOF MS可直接检测血清、血浆、尿液、脑脊液、关节腔滑液、支气管洗脱液、细胞裂解液、组织提取物和各种分泌物,应用MALDI-TOF MS形成规模化的重大疾病、重要生物资源的蛋白质组学、蛋白质组指纹图谱或质谱肽图研究技术平台,可建立具有独立知识产权的蛋白质组数据库,发现疾病的相关蛋白谱和具有重要应用前景的生物标记分子谱,以揭示疾病的发生机制,作为早期诊断、分子分型、疗效及预后判断的依据,并找出可能成为新药设计的分子靶点,为疾病提供新的治疗方案。


基于MALDI-TOF MS的蛋白质组图谱、质谱肽图、生物标记物谱等分析诊断的发展将是分子医学领域的一场革命,它不仅提供了一种新的诊断方法,并且具有很高的可行性,它可在数分钟时间内从微量血液中测出上万个结果并对其进行分析。对于医学分子诊断领域,MALDI-TOFMS可能将引领分子诊断的科技潮流,主导分子诊断的新时代。


文献2


论文题目:基于质谱的蛋白质组学技术在微生物鉴定中的应用

期刊名称:生物技术世界

发表时间:2007年


研究内容:


微生物传统的鉴定方法是建立在微生物的形态学、生态学、细胞生理和生化以及基因的基础目的,自20世纪80-90年代以来,微生物鉴定系统不断发展,自动化程度不断提高,但也是建立在传统的生理生化和基因基础上。于是,微生物蛋白质组研究应运而生,作为蛋白质组支柱技术的MALDI-TOF MS得到了极大的发展。


采用MALDI BioTyper对微生物鉴定和分类研究的一般工作流程包括:选择未知微生物、取微生物点MALDI靶,产生MALDI-TOF特征峰、MALDI BioTyper数据解析、获得鉴定物种。基于质谱的蛋白质组学技术用于微生物鉴定和分类具有以下特点:操作简单、快速,重复性好,准确度高,自动化和高通量。综上,基于质谱的蛋白质组技术MALDI BioTyper的问世,为微生物的鉴定和分类研究提供了重要的工具,该技术已在医学研究领域显示出独特的作用,并初步取得了一些令人鼓舞的成果,具有广阔的应用前景。


文献3


论文题目:Identification of Lactobacillus from the Saliva of Adult Patients with Caries Using Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionization Time-Of-Flight Mass Spectrometry

中文名称:运用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱鉴定成年龋病患者唾液中的乳酸杆菌

期刊名称:Plos One(IF:2.766)

发表时间:2014年

合作单位:北京大学口腔医院


研究内容:


基质辅助激光解析电离飞行时间质谱作为一种先进的微生物鉴定方法,已被用于体液样品(例如血液,唾液,脓液)中微生物的检测鉴定。然而,对于从成年龋齿病患者中常规检测分离的龋齿相关乳杆菌,MALDI-TOF MS的鉴定能力尚未被确认。在本次研究中,我们利用一种新的MALDI-TOF MS系统鉴定乳杆菌。从120例龋齿病患者的唾液样品中分离细菌并培养,每株菌分别利用16S rRNA测序和MALDI-TOF MS两种方法鉴定。


结果显示,在属水平上,乳杆菌MALDI-TOF MS鉴定结果与基于16S rRNA基因测序鉴定结果的一致率为88.6%(62/70),非乳杆菌的一致率为95.5%(21/22)。由于在单一MALDI靶板上可同时检测96个样品,表明MALDI-TOF MS是一种可靠且高通量的检测乳杆菌的常规方法。此外,需要增加标准株以提高种水平鉴定的灵敏度及特异性。


文献4


论文题目:中国临床微生物质谱应用专家共识

期刊名称:中华医学感染学杂志

发表时间:2016年

合作单位:中国临床微生物质谱共识专家组


研究内容:


临床微生物检验在感染性疾病诊断、用药指导、医院感染控制、抗菌药物管理等多方面均扮演着不可或缺的重要角色。但是该领域仍然面临着样本流转时间(turn around time,简称TAT)长等重大问题。在微生物鉴定方面,虽然自动化鉴定仪的出现相对缩短了TAT,但大多基于微生物的生物化学反应原理,难以实现快速鉴定。因此,临床微生物实验室急需新的检验技术,实现新的突破。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术,是20世纪80年代末问世并迅速发展起来的一种质谱分析技术。它使得传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生了革命性变革,不仅迎来了技术发展的新时代,而且也给医学、生物领域,尤其是临床微生物检验领域带来了革命。


MALDI-TOF MS技术在临床微生物菌种鉴定领域的应用,除了技术本身,更重要的是依赖于质谱菌种鉴定数据库。因此,数据库中图谱的质量、数量都将直接影响鉴定的成功率与准确率。由于病原菌微生物的分布流行情况不同,实验室在原有数据库基础上可补充建立本地病原微生物的质谱指纹图谱库,提高鉴定成功率。同时,实验室人员必须掌握相关的知识,例如影响因素、校准、质量控制、仪器保养维护、本地指纹图谱库的质量保证等,才能保证结果的准确性和可靠性。本共识的制定,将进一步规范MALDI-TOF MS技术在临床微生物实验室的应用,提高临床微生物的诊断能力,缩短样本流转时间,最终实现临床受益。


文献5


论文题目:Application of MALDI-TOF mass spectrometry for identifying clinical  microorganisms

中文名称:MALDI-TOF质谱在临床微生物鉴定中的应用

期刊名称:Precision medicine in China

发表时间:2016年

合作单位:中国人民解放军第302医院


研究内容:


基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)技术被应用于微生物分析检测是从2002年诺贝尔化学奖授予对“生物大分子的质谱分析法”研究具有贡献的约翰·芬恩与田中耕一后开始发展起来的,近年来,该技术由于其快速准确等优势在一些临床微生物实验室已经被应用于常规鉴定。


MALDI-TOF MS不但可用于鉴定细菌、真菌,也可用于直接检测临床样本(血培养样本、尿液样本等)。MALDI-TOF MS鉴定微生物是通过采集其蛋白指纹图谱并与标准数据库比对,利用软件分析得到鉴定结果。该系统鉴定的高准确率主要依赖于微生物处理试剂盒,标准数据库,以及分析软件等。


Clin-ToF微生物鉴定系统配套的微生物前处理试剂盒可用于不同微生物,具有良好的裂解效果,适用于各类微生物鉴定MALDI-TOF MS系统,提高了鉴定的准确度;收集了多个领域不同来源的7000多株菌建立起庞大的微生物蛋白指纹图谱数据库,共涉及370属2200种微生物;鉴定分析软件结合人工智能算法使鉴定结果更为精准。对于临床常见致病菌鉴定准确率可达98%以上,此外在对龋齿相关的链球菌、乳杆菌等细菌也有良好的检测效果。


文献6


论文题目:国产基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱系统Clin-TOF-II MS与Bruker Biotyper 质谱系统在革兰阴性菌的鉴定效能评估

期刊名称:中华检验医学杂志

发表时间:2017年

合作单位:中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院检验科


研究内容:


目的:评估国产基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱系统Clin-TOF-II型仪器及其搭载的BioExplorer V2.3鉴定数据库(简称Clin-TOF质谱系统)对革兰阴性菌的鉴定效能。


方法:方法学评价研究。共纳入1999至2000年及2014至2016年北京协和医院革兰阴性菌1025 株,分属32个属,56个种或种复合体。对照方法为Bruker Biotyper质谱系统:Bruker Autoflex Speed型号仪器及其搭载的Biotyper v3.1数据库(简称Bruker质谱系统)。采用直接涂抹法平行使用2套质谱系统对研究纳入菌株进行菌种鉴定。当某一种或两种质谱鉴定结果为“不可信结果”或两种质谱鉴定结果不一致时,采用16S rDNA扩增测序进行结果验证。结果:Clin-TOF质谱系统准确鉴定率为98.05%(1005/1025)。Bruker质谱系统准确鉴定率为99.22%(1017/1025)。Clin-TOF质谱系统有17株仅鉴定至属水平,2株无鉴定结果。另外将1株蒙氏假单胞菌错误鉴定为恶臭假单胞菌。Bruker质谱系统有2株菌仅鉴定至属水平,3株无鉴定结果。但是将3株嗜水气单胞菌中的2株错误鉴定为豚鼠气单胞菌,1株错误鉴定为中间气单胞菌。对于本研究纳入的1株黏金黄杆菌和1株伯氏金黄杆菌,两个质谱系统都仅鉴定到属水平。


结论:国产Clin-TOF质谱系统在鉴定革兰阴性菌方面有临床效能。


文献7


论文题目:应用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱鉴定假丝酵母菌

期刊名称:中华检验医学杂志

发表时间:2018年

合作单位:北京大学深圳医院


研究内容:


目的:评价应用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)对外阴阴道假丝酵母菌病(VVC)的假丝酵母菌鉴定的准确性。


方法:应用分子方法包括PCR基因扩增和测序分析鉴定WC的假丝酵母菌,应用MALDI-TOF-MS鉴定分子方法确认的假丝酵母菌,建立白假丝酵母菌复合体鉴定数据库。结果:从VVC标本中应用分子方法鉴定出包括白假丝酵母菌、非洲假丝酵母菌、都柏林假丝酵母菌、光滑假丝酵母菌、C.bracarensis、C.nivariensis、季也蒙假丝酵母菌、葡萄牙假丝酵母菌、克柔假丝酵母菌、乳酒假丝酵母菌、近平滑假丝酵母菌、C.metapsilosis、热带假丝酵母菌、奥默柯达菌、费比恩毕赤酵母菌、胶红酵母菌、酿酒酵母菌、阿萨希丝孢酵母等在内的假丝酵母菌324株,应用MALDI-TOF-MS能够正确鉴定株314,正确鉴定率为96.91%,3株白假丝酵母菌、1株非洲假丝酵母菌、1株光滑假丝酵母菌、2株C.metapsilosis、1株季也蒙假丝酵母菌和1株酿酒酵母菌鉴定错误。1株Torulaspora pretoriensis未能鉴定。应用自建白假丝酵母菌复合体数据库可正确鉴定白假丝酵母菌153株(98.08%)、非洲假丝酵母菌37株(97.37%)和都柏林假丝酵母菌1株(100%),总正确鉴定率为97.95%(191/195)。


结论:MALDI-TOF-MS可用于快速和准确鉴定假丝酵母菌,对假丝酵母菌复合体的鉴定有优势。


结语:质谱技术越来越多应用于临床检验领域,诸如呼吸科、皮肤科、消化科、骨科、妇科等科室,医院的重症监护病房(ICU)由于接收病人的特殊性,也成为医院感染的高危科室之一,而快速准确检测细菌可以正确指导医生用药,避免使用无效抗生素引发的药物滥用问题,提高救治因细菌感染导致病情加重患者的效率。质谱技术以其扫描速度快、高灵敏度、高分辨率、分子量范围大、低耗材等“快、准、全、省”的鲜明特点,必将为二十一世纪细菌检测技术带来革命性的变化。