Comparison of biomarker based Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS) and conventional methods in the identification of clinically relevant bacteria and yeast

Abstract

BackgroundMALDI-TOF MS is an analytical method that has recently become integral in the identification of microorganisms in clinical laboratories. It relies on databases that majorly employ pattern recognition or fingerprinting. Biomarker based databases have also been developed and there is optimism that these may be superior to pattern recognition based databases. This study compared the performance of ribosomal biomarker based MALDI-TOF MS and conventional methods in the identification of selected bacteria and yeast.MethodsThe study was a cross sectional study identifying clinically relevant bacteria and yeast isolated from varied clinical specimens submitted to a clinical laboratory. The identification of bacteria using conventional Vitek 2™ automated system, serotyping and MALDI-TOF MS was performed as per standard operating procedures. Comparison of sensitivities were then carried out using Pearson Chi-Square test and p-value of <0.05 was considered statistically significant. Secondary outcomes analyzed included the major and minor error rates.ResultsOf the 383 isolates MALDI-TOF MS and conventional methods identified 97.6 and 95.7% (p = 0.231) to the genus level and 97.4 and 88.0% (p = 0.000) to the species level respectively. Biomarker based MALDI-TOF MS was significantly superior to Vitek 2™ in the identification of Gram negative bacteria and Gram positive bacteria to the species level. For the Gram positive bacteria, significant difference was observed in the identification of Coagulase negative Staphylococci (p = 0.000) and Enterococcus (p = 0.008). Significant difference was also observed between serotyping and MALDI-TOF MS (p = 0.005) and this was attributed to the lack of identification of Shigella species by MALDI-TOF MS. There was no significant difference observed in the identification of yeast however some species of Candida were unidentified by MALDI-TOF MS.ConclusionBiomarker based MALDI-TOF MS had good performance in a clinical laboratory setting with high sensitivities in the identification of clinically relevant microorganisms.

Evaluación de MALDI-TOF MS para la identificación de levaduras patógenas oportunistas de muestras clínicas

“…En cuanto a los resultados de identificación, estos son similares a los reportados por Relloso y cols 16 . Haciendo un análisis por grupo de levaduras, se puede interpretar que: del género Candida, se incluyeron 14 especies, la mayoría se identificaron de forma correcta, con excepción de las especies del complejo Candida-parapsilosis, es decir, C. orthopsilosis y C. metapsilosis, mientras que si identificó a C. parapsilosis (ss) [4][5][6][7][8][9]17 . Debido a la alerta mundial de infecciones por Candida auris, con este sistema ya se ha reportado su identificación distinguiéndola de Candida haemulonii y de Saccharomyces cerevisiae 18 .…”

“…En nuestra investigación, MALDI-TOF MS tuvo una buena correlación con las técnicas convencionales de diagnóstico, con una sensibilidad y especificidad del 94,6 y 99%; respectivamente. Lo anterior está en concordancia con otros estudios 7,8,10,15,17,18 ; aunque en nuestro estudio se realizó con una mayor diversidad de especies.…”

“…Nuestra interpretación de que algunas levaduras no fueron identificadas, es que éstas son especies que cambian al envejecer sus estructuras de reproducción anamorfa, es decir, son cepas que tienen la capacidad de formar abundantes seudohifas, hifas y/o artroconidios (este último para Trichosporon) 17 , y por lo tanto, presentar más de un estadio de maduración. Este efecto puede alterar la reproducibilidad del espectro y evitar una identificación correcta 1,3,7 .…”

Determinación de fenotipos de resistencia a antimicrobianos en aislamientos clínicos bacterianos mediante espectrometría de masas MALDI-TOF cuantitativa

“…En el caso del género Sthapylococcus, estudios comparativos entre la tecnología de espectrometría de masas MALDI-TOF y los estudios fenotípicos y moleculares para la identificación del género Staphylococcus a nivel de especie, determinaron la utilidad de la espectrometría de masas para la identificación de 20 especies de estafilococos no productores de coagulasa, con un porcentaje de identificaciones coincidentes del 93,2% (Dupont et al, 2010). Recientemente se consigue identificar a nivel de especie el 97,7% -100%, dependiendo de las series, frente a un 77,5 % -76 % de otros sistemas automatizados (Zhou et al, 2014;Kassim et al, 2017). Estudios posteriores amplían las aplicaciones de la técnica para tipado y detección de resistencias a la meticilina, (Ostergaard et al, 2015), así como para la detección de la producción de leucocidina de Panton-Valentine (Bittar et al, 2009).…”

“…No ocurre lo mismo con el género Enterococcus. Los datos publicados son muy favorables en este caso, considerándose muy fiable la diferenciación entre la mayoría de las especies, en especial entre Enterococcus faecium y Enterococcus faecalis, en parte gracias a las grandes diferencias que existen en sus perfiles de sensibilidad (Kassim et al, 2017). Fanget et al, en 2012, concluyeron en su estudio que la espectrometría de masas MALDI-TOF es una técnica de identificación rápida, fiable y rentable para enterococos, con mejores resultados incluso que los sistemas automatizados actuales.…”