マトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型質量分析(MALDI-TOF MS)および分子技術(16S rRNA遺伝子シーケンシング)により、日常的な診断における希少な細菌性病原体の同定が可能になります。このプロトコルの目標は、両方の手法を組み合わせて、より正確で信頼性の高いデータを実現することにあります。
方法論記事
マトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型質量分析(MALDI-TOF MS)および分子技術(16S rRNA遺伝子シーケンシング)により、日常的な診断における希少な細菌性病原体の同定が可能になります。このプロトコルの目標は、両方の手法を組み合わせて、より正確で信頼性の高いデータを実現することにあります。
特に免疫不全患者で重篤な感染症を引き起こすことが報告されているため、十分に説明し、稀で、細菌性病原体の数があります。ほとんどの場合、ほとんどの症例報告として公開さわずか数のデータは、感染性病原体などの病原体の役割を調べるが利用可能です。したがって、そのような微生物の病原性の性質を明確にするためには、これらの細菌の多くを含む疫学的研究を行う必要があります。菌株の同定は、彼らが日常的診断において、(堅牢性)扱いやすい経済的でなければならない有効な命名法に従って正確である必要があり、それらは同等の生成する必要があります。このような調査研究で使用した方法は、以下の基準を満たさなければなりません異なる研究所間の結果。一般的に、ルーチンの設定で細菌株を識別するための3つの戦略があります。biochemicaを特徴付ける1)表現型の識別細菌のリットルと代謝特性、2)このような新規のプロテオームベースのアプローチとして、16S rRNA遺伝子配列決定および3)質量分析などの分子技術。質量分析および分子的なアプローチは、細菌種の多種多様を同定するための最も有望なツールであるので、これらの2つの方法が記載されています。これらの技術を使用して進み、制限と潜在的な問題が議論されています。
診断ルーチンでは珍しい病原体のセキュアな識別は、古典的、文化的、生化学的方法が煩雑と時々疑問であるという事実によって妨げられています。また、診断微生物学研究室は、自動化されたシステムを使用する必要があり、毎日、数百から数千に及ぶ多数の病原体を、、処理しなければなりません。ハイスループット日々の管理に加えて、細菌種の正確な同定が必要です。彼らは抗菌薬感受性パターンが異なるため、正確な同定は、適切な抗生物質を選択するための重要な情報( 例えば、 エンテロコッカス属、 アシネトバクター属。)12,43を臨床医に提供するので、これが保証されています。
自動化された微生物同定システム(AMIS)細菌分離株の代謝特性を特徴づけるために酵素反応の標準化セットを適用 13,15,16,26,27。これらのシステムで使用されるカートリッジが異なる生化学的反応、 例えば 、多数の利用がAMISのGNカード47は、この研究52で使用され、この戦略は、細菌のみの限定セットのための安全な同定を可能にします。さらに、データベース、高度なエキスパートシステムは、明らかに医学的に重要13,15,16,36の関連と関連性の高い細菌の検出に焦点を当てています。広く研究室で使用される2つの更なるシステムは、また、細菌同定のために、この生化学的手法を適用します。種が35を水平に3 回目のAMIのみ82.4パーセントの識別精度を持っていながら、最近の研究では、本研究で用いたAMISと競合他社の1(93.7パーセントと、それぞれ93.0パーセント)との間で同等の識別精度を実証します。このような差異は、基礎となる識別データの参照、キットおよびソフトウェア、メタボの違いのバージョンの品質によって説明することができますLISMと技術者35,36の習熟度。
二つの自動化されたMALDI-TOF MSシステム(MALDI-TOF微生物同定システム、MMIS)が主に使用されています。これらのシステムは、それらのタンパク質フィンガープリント質量スペクトルに基づいて、細菌種の多数の検出を可能にします。例えば、使用MMISのデータベースは、6000参照スペクトルが含まれています。質量分析に基づく識別システムは、まれな病原体11,48,51を含む微生物の多種多様の高速で信頼性の高い検出を提供しています。現在までにわずか数の直接比較は本研究で用いたMMISとその競争相手19,33の間にご利用いただけます。 Daek らによると、両方のシステムは、識別精度の同様の高い速度を提供するが、この研究で使用MMISは、種の同定19でより信頼性の高いと思われます。
同様に、分子技術はよく保存アドレッシングだけでなく、異なる遺伝子( 例えば、16S rDNAのかのrpoB)明確な種の同定3,22,61を可能にします。これらのうち、16SのrDNAのため、すべての細菌34におけるその存在の最も広く使用されているハウスキーピング遺伝子です。その機能は変化しないままで、最終的には、およそ1,500塩基対では、バイオインフォマティクス14,34のために適切であることが十分な長さです。多くの研究者が細菌同定21のための「ゴールドスタンダード」として16S rRNA遺伝子解析を考えています。これは、いくつかの研究室が稀または新しい細菌14,34を識別するためのこれまでに、DNA-DNAハイブリダイゼーション技術を使用するという事実によるものです。さらに、より多くのデータベースは、16S rRNA遺伝子の分析50のために使用することができる利用可能です。しかし、それは、16SのrDNAベースの検出システムは、標準的なPCRプロトコールと比較して制限された感度を有することを考慮しなければなりません。また、分子のアプローチは、同様に、時間がかかり洗練され、高度に訓練された人材を必要とします専用の研究施設とでは、そのため、簡単に診断ルーチン55に実装されていません。さらに、細菌の同定の少なくとも2つの異なる方法の組み合わせは非常に正確な株同定をもたらすことが示されています。 MALDI-TOF MS及び16SのrDNA配列の組み合わせは、高精度の異なる細菌種の多くの同定を可能にします。最近、MALDI-TOF MSおよび16S rRNA遺伝子解析の組み合わせは、疫学的な質問や珍しい病原体56を研究する細菌同定のために提示されました。
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細菌DNAの1の抽出
2. 16S rDNAのPCR
3. DNAアガロースゲル電気泳動
4.サンガーシーケンシング
前記MALDI-TOF MS
注:質量分析計は、337 nmのN 2レーザーを使用し、特定の制御ソフトウェア( 材料表 )によって操作されます。スペクトルは、線形モードと2,000〜20,000 Daが覆われている間の質量範囲内に記録されています。サンプルへのデータの解釈およびスコアの割り当ては解析ソフト( 材料表 )によってリアルタイムで行われる( 図1D)。
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MALDI-TOF MSは、新規、微生物学的診断ルーチンのための高速かつ安価な方法です。 MALDI-TOF MSによる細菌種の同定は、主に、リボソームタンパク質だけでなく、他の「環境条件によって最小限の程度に影響を受けたハウスキーピング機能を備えた非常に保存されたタンパク質」で構成されるスペクトルを生成し、このMMISの17【選択データベースは、参照スペクトルの大規模なセットが含まれていますそしてめったに臨床分離株で発見されていなくても細菌がしっかり7,56,57を識別することができます。スコア値は、識別された種の信頼性を示しています。 2.300以上のスコアが可能性が高い種の同定を表し、2.000と2.300の間のスコアがセキュアな種の同定を示し、可能性の種の同定のための1.700と2.000スタンド間のスコアと1.700以下のスコアが非信頼性があります。 2.000上記のスコアで識別される複数種の追加のTESの場合tsが適用されなければならない、これは私たちが、このような16S rDNAの配列決定、APIや、グラム染色、...
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MALDI-TOF MS及び16S rRNA遺伝子配列の両方が異なる細菌の多くを同定する可能性を提供します。 MALDI-TOF MSは、取り扱いが容易であり、細菌の質量スペクトルの大規模なデータベースが利用可能で、高速かつ安価な方法です。このため、MALDI-TOF MSはまれな細菌性病原体17,20,39,51に焦点を当てたスクリーニング研究を実施するための迅速でコスト効率と信頼性の高い方法です。他の表現型の識別方法とMALDI-TOF MSを比較した前向き研究、ハンセンら。MALDI-TOF MS 59とタンらの費用対効果と速度を実証した。彼らの実験室環境における細菌同定用試薬および人件費の削減を報告毎年56.9パーセント62による。このようなコスト削減はGaillot らのノートでサポートされています。28
一方、16S rDNAの塩基配列決定は、より多くの時間がかかり、面倒とワラントは、pを専門...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
著者は、Enno Jacobs教授の継続的な支援に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| CHROMASOLV、HPLCグレードの水、1 L | Sigma-Aldrich Chemie、München, ドイツ | 270733 | |
| Tissue Lyser LT | Qiagen, Hilden, Germany | 85600 | 振動ホモジナイザー |
| ガラスビーズ 1.0 mm | VWR International, Darmstadt, Germany | 412-2917 | |
| Thermomixer 5436 | Eppendorf, Hamburg, Germany | 2050-100-05 | |
| QIAamp DNA Mini Kit (250) | Qiagen, Hilden, Germany | 51306 | |
| Taq PCR Core Kit (1,000 U) | Qiagen, Hilden, Germany | 201225 | |
| Forward Primer TPU1 (5´-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3') | biomers.net、ウルム、ドイツ | - | |
| リバースプライマーRTU4(5´-TAC、CAG、GGT、ATC、TAA、TCC、TGT、T-3、急性;) | biomers.net、ウルム、ドイツ | - | |
| マスターサイクラー | エッペンドルフ、ハンブルク、ドイツ | - | サーモシルサー |
| 反応チューブ1.5 ml | SARSTEDT、Nümbrecht, ドイツ | 72,692 | |
| 反応チューブ 2 ml | SARSTEDT, Nümbrecht, ドイツ | 72,693,005 | |
| PCR 8er-CapStrips | Biozym Scientific, Hessisch Oldendorf, Germany | 711040X | |
| PCR 8er-SoftStrips Biozym | Scientific, Hessisch Oldendorf, Germany | 711030X | |
| Sharp R-ZV11 | Sharp Electronics, Hamburg, | Germany-Microwave | |
| Titriplex III (EDTA Na2-salt dehydrate; 1 kg) | Merck, Darmstadt, Germany | 1084211000 | |
| SeaKem LE Agarose | Biozym Scientific, Hessisch Oldendorf, Germany | 849006 | |
| SmartLadder SF - 100 to 1,000 bp | Eurogentec, Lüttich, Belgium | MW-1800-04 | |
| ブロモフェノールブルー (25 g) | Sigma-Aldrich Chemie, München, ドイツ | B0126 | |
| キシレンシアノール FF (10 g) | Sigma-Aldrich Chemie, München、ドイツ | X4126 | |
| ComPhor L Maxi | Biozym, Hessisch Oldendorf, | Germany-Ethidium | |
| bromide solution 1% (10 ml) | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | 2218.1 | |
| Gel Doc 2000 | Bio-Rad Laboratories, München, | Germany-Gel | -ドキュメンテーションシステム |
| ExoSAP-IT (500 反応) | Affymetrix UK, Wooburn Green, High Wycombe, United Kingdom | 78201 | |
| バッファー (10x) EDTA | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 402824 | |
| BigDye Terminator Kit v1.1 | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4337450 | |
| Hi-Di ホルムアミド (25 ml) | Life Technologies, Darmstadt, Germany | 4311320 | |
| DyeEx 2.0 Spin Kit (250) | Qiagen, Hilden, Germany | 63206 | |
| 3130 Genetic Analyzer | Life Technologies, Darmstadt, Germany | - | シーケン |
| サーMicroAmp光学式96ウェル反応プレート、バーコード付き | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | 4306737 | |
| 3130 Genetic Analyzer、プレートベース96ウェル | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | 4317237 | |
| 3130 Genetic Analyzer、プレートリテーナー96ウェル | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | 4317241 | |
| 3130 Genetic Analyzer、ウェルプレートセプタ | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | 4315933 | |
| 3130 Genetic Analyzer、POP-7 Polymer、7 ml | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | 4352759 | |
| 3130 Genetic Analyzer、4-Capillary Array、50 cm | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | 4333466 | |
| Sequencing Analysis Software 5.4 | Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ | - | |
| microflex | Bruker Daltonik、ブレーメン、ドイツ | - | 私たちのmMIS |
| VITEK MS | bioMérieux、Nürtingen, ドイツ | 2nd mMIS | |
| flexControl 3.4 | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | - | デバイス制御ソフトウェア |
| Biotyper Realtime Classification 3.1 (RTC) | Bruker Daltonik, Bremen | , Germany-Analysis | software |
| α-cyano-4-hydroxycinamic acid, HCCA, 1 g | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | 201344 | |
| Peptide Calibration Standard II | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | 222570 | |
| MSP 96 target polished steel | Bruker Daltonik, Bremen, Germany | 8224989 | |
| peqGREEN | peqlab | 37-5010 | |
| MALDI Biotyper ギャラクシー | Bruker Daltonik、ブレーメン、ドイツ | 部品番号 1836007 | 自動サンプル調製システム |
| ビテック2 | bioMérieux、Nürtingen, ドイツ | 私たちのaMIS | |
| MicroScan | ベックマン・コールター、クレーフェルト、ドイツ | 2nd aMIS | |
| BD Phoenix™Automated Microbiology System | BD, Heidelberg, Germany | 3rd aMIS | |
| Staphylococcus aureus subsp. アウレウス ローゼンバッハ (ATCC® 25923™) | American Type Culture Collection (ATCC), LGC Standards, Molsheim, France | PCRのポジティブコントロール |
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