MALDI-TOF 질량 분석 및 사용자 지정 데이터베이스의 사용은 고유 동굴 환경 (Kartchner 동굴, AZ, USA)에 토착 박테리아의 특성을

Lin Zhang; Katleen Vranckx; Koen Janssens; Todd R. Sandrin

doi:10.3791/52064

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방법 논문

MALDI-TOF 질량 분석 및 사용자 지정 데이터베이스의 사용은 고유 동굴 환경 (Kartchner 동굴, AZ, USA)에 토착 박테리아의 특성을

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DOI:

10.3791/52064

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2015년 1월 2일

Lin Zhang¹ , Katleen Vranckx² , Koen Janssens² , Todd R. Sandrin¹

¹School of Mathematical and Natural Sciences, Arizona State University, ²Applied Maths NV

이 논문에서

요약

이 작업은 MALDI-TOF MS를 사용하여 박테리아를 신속하게 식별하기 위한 절차를 자세히 설명합니다. 식별 절차에는 스펙트럼 수집, 데이터베이스 구축 및 후속 분석이 포함됩니다. 유사성 계수 기반 방법과 바이오마커 기반 방법의 두 가지 식별 방법이 제시됩니다.

초록

MALDI-TOF 질량 분석법은 속과 종, 그리고 경우에 따라 균주 수준에서 박테리아를 식별하기 위한 빠르고 신뢰할 수 있는 도구인 것으로 나타났습니다. 상업적으로 이용 가능한 오픈 소스 소프트웨어 도구는 식별을 용이하게 하기 위해 개발되었습니다. 그러나 문헌에는 범용/표준화된 데이터 분석 파이프라인이 설명되어 있지 않습니다. 여기에서는 MALDI-TOF 질량 분석기를 사용한 박테리아 식별 절차에 대한 포괄적이고 상세한 시연을 제공합니다. 미국 애리조나주 카치너 동굴(Kartchner Caverns)에서 분리된 15종의 다양한 박테리아에서 질량 스펙트럼을 수집하여 16S rDNA 염기서열분석으로 식별했습니다. 데이터베이스는 BioNumerics 7.1에서 구성되었습니다. 클러스터 분석, 피크 매칭 및 통계 분석을 포함한 질량 스펙트럼의 후속 분석이 수행되었습니다. 식별은 이 15개의 박테리아에서 무작위로 선택된 블라인드 코딩 샘플을 사용하여 수행되었습니다. 두 가지 식별 방법, 즉 유사성 계수 기반 방법과 바이오마커 기반 방법이 제시됩니다. 결과는 두 가지 식별 방법 모두 박테리아를 종 수준까지 식별할 수 있음을 보여줍니다.

서론

MALDI-TOF(Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight) 질량 분석법(MS)은 속, 종 및 경우에 따라^{균주 수준 1-4}에서 박테리아를 식별하기 위한 빠르고 신뢰할 수 있는 도구인 것으로 나타났습니다. MALDI-TOF MS는 세포 표면, 세포 내 막 및 박테리아 전체 세포 또는 단백질 추출물의 리보솜에서 유래한 생물학적 분자(일반적으로 단백질)를 이온화합니다^1,5. 결과 피크는 분석된 박테리아의 특징적인 패턴 또는 "지문"을 형성합니다¹. 박테리아의 식별은 이러한 질량 대 전하 "지문"을 기반으로 합니다.

가장 일반적으로 사용되는 두 가지 식별 전략은 라이브러리 기반 전략과 생물 정보학 기반 전략입니다¹. 라이브러리 기반 접근 방식에는 식별을 위해 데이터베이스/라이브러리에서 이전에 수집된 알려진 박테리아의 질량 스펙트럼과 미지 물질의 질량 스펙트럼을 비교하는 것이 포함됩니다. BioNumerics, Biotyper 및 SARAMIS 소프트웨어 패키지와 같은 상용 소프트웨어와 SpectraBank⁶과 같은 오픈 소스 소프트웨어 도구를 사용하여 미지 박테리아와 참조 박테리아의 질량....