Usando o pipeline de código aberto MALDI TOF-MS IDBac para análise de proteína microbiana e dados metabólito especializados

IDBac é um pipeline de Bioinformática baseado em espectrometria de massas de código aberto que integra dados de proteínas intactas e espectros metabólito especializados, coletados em material celular raspado de colônias bacterianas. O pipeline permite que os pesquisadores organizem rapidamente centenas a milhares de colônias bacterianas em grupos taxonômicos putativos e diferenciem-se ainda mais com base na produção de metabólito especializado.

O IDBac acotoda dados de especificações de massa de proteínas e regiões metabólitos especializados de isolados bacterianos desconhecidos para discriminar rapidamente entre isolados com base em sua identidade e em sua potencial função ambiental. Nosso software de origem de escritório amplia a utilidade das estratégias de identificação microbiana baseadas em MALDI TOF existentes. Esta extensão inclui a análise do metabolismo especializado como uma forma adicional de diferenciar entre colônias com fenótipos semelhantes.

Um grande desafio na caracterização de microrganismos desconhecidos é distinguir isolados intimamente relacionados. O IDBac fornece aos pesquisadores uma maneira fácil e rápida de caracterizar isolados através de perfis de proteínas e pequenas moléculas. O IDBac fornece uma comparação visual da produção especializada de metabólitos dentro de uma amostra bacteriana e pode fornecer insights sobre uma ampla gama de tópicos de pesquisa, desde estudos ecológicos até descoberta de chumbo de drogas.

Existem muitas maneiras pelas quais os dados MALDI podem ser salvos entre e entre os instrumentos. Se você tiver problemas para obter arquivos para trabalhar com o IDBac, envie um problema ao GitHub do IDBac. Usando um palito estéril, transfira uma pequena porção de uma colônia bacteriana para o local apropriado em uma placa MALDI limpa.

Espalhe a colônia bacteriana uniformemente sobre o local para que o local pareça o mais plano possível. Sobrepor um microliter de 70% de espectrometria de massa grau de ácido fórmico nos pontos de controle de amostra e matriz e permitir que o ácido seque em uma capa de fumaça química. Em seguida, adicione um microliter de solução matricial MALDI previamente preparada aos pontos de controle de mídia de amostra e matriz e permita secar completamente o ar.

Depois de configurar o espectrômetro de massa MALDI TOF, adquira o espectro. Salve o espectro de proteínas em uma pasta e o espectro metabólito especializado em uma segunda pasta separada. Para iniciar este procedimento, baixe o software IDBac.

Clique duas vezes no install_idbac baixado para iniciar o instalador. Em seguida, clique duas vezes no atalho de desktop IDBac para iniciar o IDBac, que será aberto na guia de introdução por padrão. Clique na guia Iniciar com Dados Brutos e escolha entre criar um menu de experimentos IDBac o tipo de dados a serem usados com o IDBac.

Ao configurar a conversão e processamento de arquivos de dados, insira um nome descritivo para o experimento onde solicitado e clique na pasta de dados brutos e selecione a pasta apropriada. Em seguida, clique em Dados de processo. Depois de converter os arquivos e processá-los com o IDBac, navegue até o trabalho com a página de experimentos anteriores e selecione um experimento para trabalhar.

Adicione informações sobre amostras usando o menu clique aqui para modificar o experimento selecionado. Insira informações na planilha autopovoada e pressione Salvar. Quando estiver pronto para iniciar a análise, certifique-se de que o experimento para trabalhar seja selecionado.

Em seguida, selecione a análise de dados de proteínas. Na página de análise de dados proteicos, escolha as configurações de pico de pico e avalie os espectros proteicos das amostras através das parcelas espelhadas exibidas. Ajuste a porcentagem de réplicas nas quais um pico deve estar presente para que ele seja incluído para análise.

Usando as parcelas espelhadas como orientação visual, ajuste o sinal para corte de ruído que retém os picos mais genuínos e o menor ruído observando que mais se replica em um valor de presença de pico percentual mais alto permitirá a seleção de um sinal mais baixo para corte de ruído. A seguir, especifique a massa inferior e superior para carregar cortes ditando a faixa de valores de massa dentro de cada espectro a ser usada em análise suplementar pelo IDBac. Na página de análise de dados de proteínas, selecione a guia Dendrogram para permitir o agrupamento de amostras em um dendrograma de acordo com as medidas de distância selecionadas pelo usuário e algoritmos de clustering.

Clique em selecionar amostras no menu e siga as instruções para selecionar amostras a serem contidas na análise. Apenas amostras que contenham espectros proteicos serão exibidas dentro da caixa de amostras disponível. Use os valores padrão para os algoritmos de distância e clustering e selecione intensidades como a entrada.

Para exibir os valores da bootstrap no dendrograma, digite um número entre dois e 1.000 sob botas. Para começar a personalizar o dendrograma, abra o menu de dendrograma. Para colorir as linhas do dendrograma, selecione clicar para modificar linhas e selecione as opções desejadas.

Para traçar informações da planilha ao lado do dendrograma, selecione o botão incorporar informações sobre amostras. Isso abrirá um painel onde uma categoria se autopopovoará com base nos valores inseridos. Para inserir amostras de outro experimento, selecione o botão do menu inserir amostras de outro experimento e siga as instruções no painel recém-aberto.

Prossiga para a página de análise de dados de pequenas moléculas para permitir a visualização de dados por meio de análise de componentes principais e redes de associação metabólica que usam redes bipartite para exibir a correlação de massa de pequenas moléculas para cobrar valores com amostras. Clique e arraste no dendrograma para destacar amostras selecionadas de interesse a serem analisadas. Se nenhuma amostra for destacada ou nenhum dendrograma de proteínas for criado, uma rede de associação metabólica de um subconjunto aleatório ou todas as amostras aparecerão, respectivamente.

Para subtrair uma mídia de matriz em branco na rede de associação metabólica, abra o menu selecione uma amostra para subtrair e escolha a amostra apropriada para usar em branco. Abra as configurações do menu show/hide MAN para selecionar os valores desejados para uma porcentagem de presença máxima e replicar, sinalizar para ruídos e cortes de massa superior e inferior. Use as pequenas parcelas espelhadas de moléculas para orientar a seleção dessas configurações.

Para relatar resultados, copie o texto dentro das sugestões de relatórios do parágrafo de análise man para fornecer ao usuário configurações definidas usadas para gerar rede de associação metabólica criada. Seis cepas de Micromonospora chokoriensis e duas manchas de subtilis Bacillus foram analisadas utilizando dados do software IDBac. Seguindo as instruções na inicialidade com a guia de dados brutos, a opção clique aqui para converter arquivos Bruker e o IDBac fornecido instruções foram seguidas para cada conjunto de dados.

Para as etapas de pico de conversão e pré-processamento automatizadas, um experimento combinado de IDBac foi criado transferindo amostras de Bacillus e Micromonospora dos dois experimentos para um único experimento. A análise resultante envolveu a comparação de espectros proteicos usando parcelas espelhadas que foram úteis para avaliar a qualidade dos espectros e ajustar as configurações de pico de pico. Uma captura de tela dos resultados de agrupamento de proteínas com configurações padrão selecionadas é mostrada aqui.

O dendrograma foi colorido ajustando o limiar da trama. Note-se que a clara separação entre gêneros com M.chokoriensis e B.subtilis isola agrupamento separadamente. Ao clicar e arrastar através do dendrograma de proteína, foi possível criar rapidamente redes de associação metabólica para comparar apenas as cepas de B.subtilis, apenas as cepas de M.chokoriensis, e todas as cepas simultaneamente.

A função primária dessas redes é fornecer aos pesquisadores uma visão geral ampla do grau de sobreposição metabólica especializada entre bactérias. Ao trabalhar com novos dados, use os gráficos espelhados do IDBac para garantir que seus dados fazem sentido e os espectros sejam de alta qualidade. Avalie criticamente seu design experimental e resultados a cada passo.

O IDBac permite que os pesquisadores construam pequenas e diversas bibliotecas de microrganismos para investigação posterior. Isso reduz consideravelmente os custos associados às bibliotecas microbianas tradicionalmente grandes e redundantes. Como o IDBac permite visualizar a sobreposição metabólica especializada em grupos filogenéticos altamente semelhantes, ele pode ser usado para gerar questões de pesquisa e hipóteses que ligam dois campos tipicamente desconectados.

O ácido fórmico é cáustico e deve ser manuseado em uma capa de fumaça química. Alguns isolados ambientais podem representar potenciais riscos à saúde e todas as cepas devem ser tratadas como nível dois de biossegurança.