Application of MALDI Mass-Spectrometry for Diagnostics of Particularly Dangerous Infectious Diseases: Current State of Affairs and Prospects

Abstract

ПРИМЕНЕНИЕ MALDI МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ В ДИАГНОСТИКЕ ОСОБО ОПАСНЫХ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ФКУЗ «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», Саратов, Российская ФедерацияМасс-спектрометрия является современным физико-химическим методом анализа, позволяющим проводить качественный и количественный анализ состава вещества, основанный на предварительной ионизации входящих в его состав атомов или молекул. Одним из новых методов ионизации, благодаря которому масс-спектро метрическое исследование макромолекул получило широкое распространение, является разработанная матричноактивированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI), представляющая собой импульсное лазерное облучение исследуемого вещества, смешанного с матрицей. В обзоре представлены современные данные о применении метода MALDI масс-спектрометрии для проведения родо-и видоспецифической идентификации микроорганизмов в практике диагностических лабораторий. Рассмотрены преимущества MALDI-TOF идентификации по сравнению с бактериологическими, иммунологическими и молекулярно-генетическими методами исследования. Обозначено место масс-спектрометрии в системе лабораторной диагностики инфекционных болезней, в том числе особо опасных на территории Российской Федерации.Ключевые слова: MALDI масс-спектрометрия, MALDI-TOF, идентификация, патогенные биологические агенты. A.N.Spitsyn, D.V.Utkin, V.E.Kuklev, S.A.Mass spectrometry is a modern physical-chemical analytical method that provides for qualitative and quantitative assessment of the substance composition. It is based on pre-ionization of the atoms and molecules included into it. One of the advanced methods of ionization, due to which mass-spectrometry investigation of macromolecules has become a frequent practice, is matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI). The essence of it is the pulsed laser irradiation of the matter under study, mixed with the matrix. The review discusses current data on MALDI mass-spectrometry application for the performance of species-specific and genus-specific identification of microorganisms at the premises of diagnostic laboratories. Considered are the basic advantages of MALDI-TOF identification as compared to bacteriologic, immunologic, and molecular-genetic methods of assessment. Allocated is the mass-spectrometry position in the system of laboratory diagnostics of infectious diseases, including particularly dangerous ones, in the territory of the Russian Federation.

Modern trends in identification of causative agents in infective endocarditis

“…В практической работе в настоящее время наиболее широко применимы методы с использованием меченых АТ и антигенов, например, иммунофермент-Identification of causative agents in infective endocarditis Этиологическая диагностика инфекционного эндокардита ный анализ (ИФА). Иные представители этой группы исследований [реакция агглютинации (РА), реакция непрямой гемагглютинации (РНГА) и иммунохроматографический анализ (ИХА)] практические не применяются [12]. Чувствительность методов составляет: РА -10 8 -10 9 микробных клеток (м.к.…”

“…)/мл, РНГА -10 8 м.к./мл, ИФА -10 5 -10 6 м.к./мл, ИХА -2×10 5 -2×10 6 м.к./мл, а специфичность ассоциирована с качеством применяемых антител и может достигать 100% [13,14]. Длительность выполнения исследования -от 20 мин (ИХА) до 2-4 ч (ИФА) [12].…”

“…[38]. В конце 80-х годов XX в. разработана матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI), основанная на импульсном лазерном облучении исследуемого вещества, смешанного с матрицей (представляющей собой химическое соединение, чаще всего органическую кислоту), модификацией которой является матричная лазерная десорбционно/ионизационно времяпролетная масс-спектрометрия (MALDI-TOF MS), в основе которой лежит анализ рибосомальных белков, являющихся константными в пределах вида микроорганизма и широко применяющаяся в настоящее время в клинической диагностике, позволяя идентифицировать микроорганизмы с точностью до рода и вида [12]. В Российской Федерации (РФ) MALDI-TOF MS в научно-практических и клинико-диагностических лабораториях применяется с начала 2000-х гг., Американское управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило использование MAL-DI-TOF MS только в 2013 г.…”

“…1) [40]. Чувствительность метода MALDI-TOF MS составляет 10 3 -10 6 м.к./мл [12], и зависит от концентрации исследуемого материала, а специфичность видовой идентификации достигает 97,6% [41]. Стоимость исследования MALDI-TOF MS -17-32% от стоимости идентификации микробиологическими методами [12,41].…”

“…В настоящее время MALDI-TOF MS используется также для анализа отдельных биологических молекул (НК, эндогенных белков, липидов, полисахаридов, жирных кислот), имеющих диагностическое и/или патогенетическое значение [12]. Разработаны методические подходы, созданы и постоянно расширяются базы данных для выявления резистентности, а также факторов вирулентности, например, возможность дифференцирования метициллин-резистентных S. aureus (MRSA) и метициллин-чувствительных S.aureus (MSSA); определение резистентности к бета-лактамам, основанное на детекции деградации бета-лактамных антибиотиков [54,55].…”