采用基于质谱的系统发育蛋白质组学(MSPP)对空肠弯曲菌多氏亚种(Campylobacter jejuni ssp. doylei)分离株进行菌株水平分型,并与多位点序列分型(MLST)进行比较。
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采用基于质谱的系统发育蛋白质组学(MSPP)对空肠弯曲菌多氏亚种(Campylobacter jejuni ssp. doylei)分离株进行菌株水平分型,并与多位点序列分型(MLST)进行比较。
基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)不仅能够在物种和亚种水平上区分某些细菌,甚至可在菌株水平上实现区分。可检测生物标志物离子的等位基因同工型会导致菌株特异性的质荷比偏移。基于质谱的系统发育蛋白质组学(MSPP)是一种新兴技术,该技术将质谱可检测的生物标志物质量整合到一个分析框架中,通过将分离菌株的特异性质荷比偏移与已完成基因组测序的参考菌株进行比较,推断出系统发育蛋白质组学关系。随后利用推导出的氨基酸序列计算基于MSPP的系统发育树状图。
本文通过分析7株人源空肠弯曲菌多尔斯亚种(Campylobacter jejuni ssp. doylei)分离株的菌株库,描述了MSPP分型的工作流程。多位点序列分型(MLST)结果显示这些菌株具有遗传多样性。MSPP分型共获得七种不同的MSPP序列型,充分反映了它们之间的系统发育关系。
C. jejuni 亚种 doylei 的MSPP分型方案包含14种不同的生物标志物离子,主要为2至11 kDa质量范围内的核糖体蛋白。原则上,MSPP技术可适配于具有更宽质量范围的其他质谱平台。因此,该技术有望成为菌株水平微生物分型的有用工具。
在过去的十年中,基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)已发展成为临床微生物学中微生物属和种鉴定的一种高度可靠的常规方法。1,2物种鉴定基于对完整细胞或细胞裂解物中小分子蛋白质指纹图谱的检测。临床微生物学常规检测中所用质谱仪的典型质荷比范围为2-20 kDa。此外,所获得的质谱图可用于在种以下及亚种以下水平区分菌株。3早期的开创性研究已鉴定出特定菌株亚群的特异性生物标志物离子 空肠弯曲菌4, 艰难梭菌5, 肠道沙门氏菌 ssp. enterica 血清型 Typhi6, 金黄色葡萄球菌7-9,以及 大肠杆菌10-12.
多个对应于等位基因亚型的可变生物标志物质量组合,可实现更深入的亚型分类。此前,我们成功建立了一种方法,可将质量谱图中的这些变异转化为有意义且可重复的系统发育蛋白质组学关系,该方法被称为基于质谱的系统发育蛋白质组学(MSPP),并已应用于空肠弯曲菌空肠亚种(C. jejuni ssp. jejuni)分离株样本集13。MSPP 可作为多基因座序列分型(MLST)等基于DNA序列分型技术的质谱等效方法使用。
Campylobacter 物种是全球细菌性胃肠炎的首要病因14,15。由弯曲杆菌感染引发的感染后后遗症,如吉兰-巴雷综合征、反应性关节炎和炎症性肠病,也可能随之发生16。主要感染来源包括受污染的家禽(鸡、火鸡)、猪、牛、羊和鸭肉、牛奶以及地表水15,17。因此,开展食品安全背景下的常规流行病学监测研究十分必要。MLST 是 "金标准",用于 Campylobacter 物种的分子分型18。由于基于桑格测序的 MLST 方法耗时耗力且相对昂贵,其应用通常局限于较小规模的分离菌株队列。因此,亟需更经济、快速的亚型分型方法。质谱技术如 MSPP 有望满足这一需求。
本文介绍了一种利用空肠弯曲菌多相位可变数目串联重复序列分型(MSPP-typing)对Campylobacter jejuni ssp. doylei分离株进行分型的详细实验方案,并将其分型潜力与多位点序列分型(MLST)进行了比较。
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1. 通过考虑生物安全条件来准备安全的工作环境
2. 选择参考菌株和菌株集合
3. 准备 MALDI 靶板
警告:三氟乙酸(TFA)是一种强酸。不当使用TFA可能导致严重皮肤灼伤、眼部损伤,以及吸入后对上呼吸道造成严重刺激。因此,操作TFA时必须严格遵守安全措施,并穿戴适当的个人防护装备(PPE),包括护目镜、面罩、合适的手套、靴子,甚至全套防护服。必须在通风良好的条件下操作该物质,并配备有效的排风系统,以控制TFA可能造成的暴露风险。若通风不足,必须使用带有经认证滤芯的呼吸器。此外,TFA对水生生物有害,并具有长期持续影响。必须避免将TFA释放到废水或环境中。
注意:在将样品点样至MALDI靶板之前,若靶板曾使用过,需彻底清洁。
4. 含内标校准物的α-氰基-4-羟基肉桂酸基质溶液的制备
5. 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱
注意:必须使用针对目标生物体的特定培养条件。MALDI-TOF 质谱样品的制备可根据生物体的不同,采用涂布制样或提取法制备(见第 8.4.1 节)。乙醇-甲酸提取法可有效灭活病原体,而涂布制样则必须在符合要求的生物安全条件下进行(见第 1 节)。通常在基质点样后已无感染风险,但对于特定病原体仍需采用专门的灭活程序。例如,对 Nocardia 属细菌进行 MALDI-TOF 质谱分析前,需在沸水中裂解细菌,随后用乙醇沉淀蛋白质23。EI Khéchine et al. 建立了一种灭活 Mycobacteria 的方法,即将细菌菌落置于含有水和 0.5% Tween 20 的螺旋盖管中,在 95 °C 加热 1 小时24。
6. 验证内部校准程序
7. 在参考菌株中鉴定生物标志物离子
8. 评估群体中生物标志物的变异性
9. 计算基于 MSPP 的系统发育关系并与金标准进行比较
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此前,我们已成功建立了一种用于多光子光谱成像的方案 C. jejuni 亚种 jejuni13在此,我们旨在将该方法拓展至其兄弟亚种 C. jejuni 亚种 doylei在此特定条件下,七个 C. jejuni 亚种 doylei 分离株来自比利时微生物保藏中心/根特大学微生物学实验室(BCCM/LMG),比利时根特。本研究分析所用的七株分离株均来源于人类。基因组已测序的菌株ATCC 49349(LMG 8843)作为参考菌株,该菌株最初分离自一名患有腹泻的2岁澳大利亚儿童的粪便样本。从保藏中心还可获得另外六株菌株:LMG 9143、LMG 9243和LMG 9255,均分离自比利时布鲁塞尔患有腹泻儿童的粪便样本;LMG 7790(ATCC 49350)分离自一名德国个体的胃活检样本;LMG 8870(NCTC A613/87)和LMG 8871(NCTC A603/87)则分别分离自两名南非儿童的不同血液样本。
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建立多重选择性反应监测(MSPP)方案最关键的步骤是明确确定生物标志物离子的遗传特性。如果无法明确鉴定某一生物标志物,则应将其排除在方案之外13。
C. jejuni ssp. doylei 分型方案包含14种不同的生物标志离子,比 C. jejuni ssp. jejuni 的MSPP分型方案13少5种。可检测的 C. jejuni ssp. jejuni 与 C. jejuni ssp. doylei 生物标志物之间最显著的差异在于L31(-M)和L35(-M)的翻译后N端甲硫氨酸的去除13。
如在测试的C. jejuni 亚种 doylei 分离株集合中所示,MSPP 能够区分所有七种不同的 MLST 序列型。这意味着每个被测试的分离株均属于一种特定的 MSPP 序列型。此外,M...
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢Hannah Kleinschmidt提供的出色技术支持。本文由德国研究基金会(Deutsche Forschungsgemeinschaft)开放获取支持计划和哥廷根乔治·奥古斯特大学(Georg August Universität Göttingen)出版基金资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 乙腈 | Sigma-Aldrich,德国陶夫基兴 | 34967 | |
| Autoflex III TOF/TOF 200 系统 | 布鲁克道尔顿公司,德国不来梅 | GT02554 G201 | 质谱仪 |
| 细菌检测标准 BTS | 布鲁克·道尔顿公司,德国不来梅 | 604537 | |
| BioTools 3.2 SR1 | 布鲁克道尔顿公司,德国不来梅 | 263564 | 软件包 |
| 布鲁克 IVD 细菌检测标准 | 布鲁克道尔顿公司,德国不来梅 | 8290190 | 5 支试管 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时协调微生物保藏中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG8843 | ATCC 49349;IMVS 1141;NCTC 11951;菌株 093 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时微生物协调收集中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG9143 | Goossens Z90 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时微生物协调收集中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG7790 | ATCC 49350;CCUG 18265;Kasper 71;LMG 8219;NCTC 11847 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时协调微生物保藏中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG9243 | Goossens N130 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时微生物协调收集中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG8871 | NCTC A603/87 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时微生物协调收集中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG9255 | Goossens B538 |
| 空肠弯曲菌 亚种 doylei 分离 | 比利时微生物协调收集中心/根特大学微生物学实验室 BCCM/LMG 比利时根特 | LMG8870 | NCTC A613/87 |
| 哥伦比亚琼脂基础 | 默克,德国达姆施塔特 | 1.10455 .0500 | 500 g |
| FlexSeries 1.2 SR1 指南针 | 布鲁克道尔顿公司,德国不来梅 | 251419 | 软件包 |
| 脱纤维羊血 | Oxoid Deutschland GmbH,韦塞尔,德国 | SR0051 | |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich,德国陶夫基兴 | 02854 Fluka | |
| 甲酸 | Sigma-Aldrich,德国陶夫基兴 | F0507 | |
| HCCA基质 | 布鲁克·道尔顿公司,德国不来梅 | 604531 | |
| Kimwipes 纸巾 | Sigma-Aldrich 公司旗下的 Kimtech Science,德国陶夫基兴 | Z188956 | |
| MALDI Biotyper 2.0 | 布鲁克道尔顿公司,德国不来梅 | 259935 | 软件包 |
| Mast Cryobank 冻存管 | Mast Diagnostica,德国赖因费尔德 | CRYO/B | |
| MSP 96 抛光钢靶 | 布鲁克道尔顿公司,德国不来梅 | 224989 | |
| QIAamp DNA Mini Kit | Qiagen,德国希尔登 | 51304 | |
| 重组人胰岛素 | Sigma-Aldrich,德国陶夫基兴 | I2643 | |
| 三氟乙酸 | Sigma-Aldrich,德国陶夫基兴 | T6508 | |
| 水,分子生物学级 | Sigma-Aldrich,德国陶夫基兴 | W4502 |
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