このプロトコルは、カルチュロミクスとMALDI-TOF MSを組み合わせることで、乳製品中の微生物組成を迅速かつ費用対効果の高い評価を可能にします。従来の培養法よりも短いターンアラウンドタイムで、16S rRNAシーケンシングに匹敵する分類結果を提供します。
方法論記事
このプロトコルは、カルチュロミクスとMALDI-TOF MSを組み合わせることで、乳製品中の微生物組成を迅速かつ費用対効果の高い評価を可能にします。従来の培養法よりも短いターンアラウンドタイムで、16S rRNAシーケンシングに匹敵する分類結果を提供します。
我々は、プロテオミクスアプローチ、最新のカルチュロミクス、および食品安全品質管理ラボに迅速として組み込むことができるさまざまなサンプル調製手順を使用して、さまざまな乳製品(バター、モッツァレラチーズ、牛乳、クリーム)中の微生物の存在を監視するための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法(MALDI-TOF MS、以下「MS」という)同定法を使用したプロトコルを提示します。 微生物の安全性を監視するための信頼性が高く堅牢なツール。これには、微生物の単離ステップ、増殖コロニーの選択、サンプル調製手順(インタクト細胞、オンスポットおよびチューブ内抽出)、MS分析パラメータの設定、MSスペクトル(タンパク質フィンガープリント)の生成と収集、そして最後にMSプラットフォームを使用した分類法の取得、その後のデータの解釈と視覚化が含まれます。この方法は、多数の研究によって検証されており、市販の生化学検査システムと比較して、牛乳からの微生物をより信頼性が高く、コスト効率よく同定できます。これは食品微生物学における有望な進歩として際立っており、シンプルなプロトコルと分析時間の大幅な短縮を通じて研究室の多様な要件を満たします。提示されたプロトコルは、製造プロセスに適した適切なターンアラウンドタイム(TAT)で信頼性の高い微生物同定を提供することにより、食品業界のニーズに対応します。
このプロトコルの全体的な目標は、細菌プロテオミクスプロファイリングにMSを使用することにより、バター、チーズ、牛乳、クリームなどのさまざまな乳製品の微生物安全性を監視するための包括的な方法論を提供することです。最新のカルチュロミクスと最適化されたサンプル前処理手順を組み合わせたこのアプローチは、食品安全および品質管理ラボにとって、迅速で信頼性が高く、堅牢なツールとなることを目的としています。この方法論の作成と適用の背後にある理論的根拠は、標準的な微生物同定方法の限界から来ています。長年にわたり、獣医および食品診断研究所は、鑑別培地で細菌の増殖と代謝を調べ、その後さまざまな酵素アッセイを行う従来の生化学検査に依存してきました1。これらの方法は、多くの場合、BergeyのManual of Determinative Bacteriologyなどの標準的なガイドラインに基づいており、比較的安価で、定量的および定性的データの両方を生成できますが、手間と時間がかかり、広範な培地調製、サンプル希釈、プレーティング、インキュベーション、コロニーカウント、単離、および詳細な特性評価ステップ2,3を必要とします。
Analytical Profile Index (API)、BBL Crystal、Vitek、Biolog MicroPlates などの商用半自動および自動システムの導入により、生化学的アッセイを使用した微生物同定が合理化され、コストと納期が削減されました。ただし、これらのシステムには、再現性が低い、それぞれのデータベースにエントリがないこと、特に非発酵性細菌またはわずかな生化学的差異を持つ種内の株の場合、株間の表現型の変動を決定することが困難であるなど、いくつかの欠点があり、不正確なin vitro結果につながる可能性があります4.これを考慮して、MS は強力な代替手段として進化しており、現在臨床微生物学で一般的であり、獣医診断および牛乳品質研究所で注目を集めています。このアプローチは、いくつかの微生物を検出する際の速度、精度、および費用対効果によって補完されています1。多くの研究により、MS は牛乳からの微生物をより確実に同定し、市販の生化学検査システムよりも迅速かつ安価な結果が得られることが実証されています 5,6,7。属レベルまたはグループレベルの同定には生化学的検査で十分な場合がありますが、種レベルの診断には、多くの場合、MS や 16S rRNA シーケンシングなどのより高度な方法が必要になります8。実際、MSは、食品微生物分離株を柔軟かつ信頼性の高い同定するための有望なプラットフォームと考えられており、そのシンプルなプロトコルと分析時間の大幅な短縮を通じて食品微生物学研究所の多様な要件を満たし、それによって食品の安全性が強化されます4,5。試薬の消費量が少ないため運用コストは最小限に抑えられ、サンプル処理により自動化と高スループットが可能になります8。ただし、この方法の有用性は、選択された微生物の増殖条件(培地の種類を含む)と参照データベースの種のカバレッジに本質的に依存しており、これらはその有用性を制限する重要な要因として認識されていることに注意する必要があります。
MS は、食中毒病原性乳酸菌 (LAB)、およびその他の発酵細菌を同定および区別することにより、食品微生物学において重要な役割を果たします9。その有用性は現代のカルチュロミクスにまで及び、培地で増殖したすべての微生物コロニーの同定を可能にし、コロニー形成ユニット(CFU)情報の取得を容易にします7。このアプローチは、ヒトの腸に存在する、糖尿病性足感染症に関与する、または尿路に関連するような複雑な微生物群集の発見にすでに成功しており、微生物学的実践における培養依存的な方法を活性化しています10,11。
このプロトコルは、乳製品の微生物安全性の日常的な評価のためのMSを効果的に実装するためのラボをガイドするために提示され、製造プロセスに適した実用的なターンアラウンドタイム(TAT)内で信頼性の高い微生物同定を求める業界のニーズに応えます。プロトコルは、(1)適切な培地(de Man、RogosaおよびSharpe寒天-MRS寒天、M-17寒天、万能Tween 80寒天-APT寒天、中国ブルーラクトース寒天-CBL寒天、ミルクプレートカウント寒天-MPCA、トリプシン大豆寒天-TSA)およびカスタマイズされたインキュベーション条件;(2) MS 分析のための標準化されたサンプル前処理手順により、さまざまな細菌の種類や実験室のワークフローに対応するために、直接コロニー移送、オンターゲットギ酸抽出、チューブ内エタノール/ギ酸タンパク質抽出などのオプションを提供します。(3)機器のキャリブレーション、最適なスペクトル取得パラメータの定義、および信頼性の高い分類学的割り当てのためのスコア値評価と一貫性チェックを含むデータ解釈のガイドラインを含む体系的なMS分析。このプロトコルは、構造化され検証済みのアプローチを提供することで、乳製品業界における微生物モニタリングの精度と効率を高め、最終的には食品の品質と公衆衛生の向上に貢献することを目的としています。
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この研究で使用された試薬と機器は、 材料表に記載されています。
1. 乳製品関連細菌の分離
| 培地 | アプリケーション | 培養条件 |
| トリプシン大豆寒天培地(TSA) | 幅広い細菌を培養するための一般的な培地 | 30〜37°C、24〜48時間、好気性 |
| 血液寒天培地(BLA、羊の血液5%を含む) | 溶血の分化、連鎖球菌、リステリア菌、桿菌に有用 | 30〜37°C、24〜48時間、好気性 |
| MRS寒天(デマン、ロゴサ、シャープ寒天) | Lactobacillusおよびその他のLABに選択的L. casei、L. delbrueckii、L. helveticus、またはL. acidophilusの増殖をサポートするために、1%のTween-80を追加します。 | 30°C、48〜72時間、嫌気性または微好気性 |
| M17寒天 | Lactococcus、Streptococcus thermophilusに選択的 | 30°C、48〜72時間、嫌気性または微好気性 |
| APT寒天(万能トゥイーン80寒天) | LABおよび一部のビフィズス菌に対して選択的 | 30°C、48〜72時間、嫌気性または微好気性 |
| Scheadler寒天 | ビフィズス菌、クロストリジウムを含む嫌気性菌の選択的および濃縮、単離 | 30〜37°C、48〜72時間、嫌気性 |
| CBL寒天(チャイナブルーラクトース寒天) | 差動培地, 大腸菌群および他の乳糖発酵菌用 | 37°C、24〜48時間、好気性 |
| 乳板数寒天培地 (MPCA) | 普遍的、好気性中温性細菌の総数 | 30〜37°C、24〜48時間、好気性 |
表1:特定の培養条件での乳製品サンプルのマイクロバイオーム分析に推奨される培地のリスト。
2. MS分析のための細菌サンプルの調製

図1:MS技術 による 細菌分離株の同定に適切なサンプル前処理手順を選択するプロセスを視覚化した決定木。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
3. MS技術によるスペクトル取得と微生物同定
4. 微生物の同定とデータ分析
注:生物の同定は、得られたタンパク質プロファイル(微生物の特定のタンパク質「フィンガープリント」)を参照データベースと比較することによって行われ、結果として生じるシグナル位置と強度の両方の相関関係を使用して、研究対象の生物が対応する参照微生物と一致した信頼レベルを記述する一致値を生成します。処理されたスペクトルを参照データベースと比較することにより、微生物を識別します。
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カルチュロミックアプローチ
培養学的アプローチは、とりわけ、希少種、培養が困難な種、またはこれまで記載されていなかった種を分離する可能性を高めるために、微生物培養の条件を最大限に多様化することを目的とした戦略です12。これにより、食品サンプルなど、さまざまなサンプルに存在する微生物叢の生物多様性のより広範な全体像を得ることができます。微生物の多様性の増加は、形態、色、サイズ、および成長速度が異なるコロニーの視覚的評価の段階ですでに観察でき、これは適用された培養物学的アプローチの有効性を反映しています(図2)。

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乳製品の微生物同定に特化したプロトコルは、速度、信頼性、費用対効果に関する最適なコンセンサスを確保することで、従来の方法に比べて重要な進歩をもたらします。それにもかかわらず、プロトコル内のいくつかの重要なステップには細心の注意が必要です。まず、分離と培養の段階が基礎となります。培地とインキュベーション条件は、予想される微生物の多様性と負荷と一致する必要があります。純粋な培養物を得ることが最も重要であり、この段階でのコロニーの分離が不十分であいまいまたは汚染されると、同定があいまいまたは誤った場合があるため、MS同定を混乱させる混合プロファイルを避けるために継代培養が必要になることがよくあります4。
第二に、MS分析のためのサンプル前処理は、スペクトル品質の重要な決定要因です。このプロトコルでは、直接コロニー移植、オンターゲット抽出、およびチューブ内タンパク質抽出の 3 つの標準的な方法の概要が説明されています。直接移植は最も簡単ですが、すべての微生物、特に細胞壁が厚い...
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すべての著者は利益相反を宣言しません。
E.S.、M.Z.、P.P.は、エクセレンス・イニシアティブ・リサーチ・ユニバーシティの下で運営されているトルン・センター・オブ・エクセレンス「個別化医療に向けて」のメンバーです。この研究は、国立研究開発センター(ポーランド、ワルシャワ)の資金提供を受けた「生物学的に活性なラクトフェリンを単離するための調製法の開発」と題されたプロジェクトLIDERの枠組みで財政的に支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 70%の蟻酸 | チェンプール | 115676307 | |
| アセトニ トリル | メルク KGaA | 1.00014.1011 | |
| APT寒天 | メルク KGaA | 1.10453.0500 | |
| 細菌検査基準 | ブルーカー・ダルトニック有限会社 | 8255343 | |
| CBLアガー(チャイナブルーラクトースアガー) | メルク KGaA | 1.02348.0500 | |
| コロンビア・ブラッドの寒天; | オキソイド | CM0331B | |
| M17寒天 | |||
| ミルクプレートカウントアガー(MPCA) | オキソイド | CM0681 | |
| MRS寒天(デ・マン、ロゴサ、シャープ・アガー) | メルク KGaA | 1.10660.0500 | |
| MSP 96はBCの研磨鋼をターゲットにしています | ブルーカー・ダルトニック有限会社 | 8280800 | |
| ペプトン水 | シグマ・オルドリッチ | 70179 | |
| シェードラー寒天 | シグマ・オルドリッチ | 91019 | |
| 羊の血 | バイオマキシマ | SL0160-100 | |
| トリフルオロ酢酸 | シグマ・オルドリッチ | T6508 | |
| トリプティック大豆寒天(TSA) | シグマ・オルドリッチ | 22091 | |
| 水 | メルク KGaA | 1.15333.2500 | |
| &α;-シアノ-4-ヒドロキシシンナミ酸 | ブルーカー・ダルトニック有限会社 | 8201344 |
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