inndeling i undergrupper av<em> Campylobacter jejuni</em> Ssp.<em> doylei</em> Isolater Bruke massespektrometri-baserte PhyloProteomics (MSPP)
Summary
Massespektrometri-baserte phyloproteomics (MSPP) ble brukt til å skrive en samling av Campylobacter jejuni ssp. Doylei isolerer på stammenivå i forhold til multilocus sekvens typing (MLST).
Abstract
MALDI-TOF MS tilbyr muligheten for å skille enkelte bakterier ikke bare på arter og underarter nivå, men til og med under, ved belastningen nivå. Allele isoformer av de påvisbare biomarkør ioner resultere i isolat spesifikke masse skift. Massespektrometri-baserte phyloproteomics (MSPP) er en ny teknikk som kombinerer massespektrometri påvisbare biomarkør massene i en ordning som gjør fradrag for phyloproteomic relasjoner fra isolere bestemte masse skift i forhold til et genom sekvensert referansestamme. Den utledede aminosyresekvenser blir så brukt til å beregne MSPP-baserte dendrogrammer.
Her beskriver vi arbeidsflyten av MSPP ved å skrive en Campylobacter jejuni ssp. Doylei isolat samling av syv stammer. Alle de syv stammene var av menneskelig opprinnelse og multilocus sekvens typing (MLST) viste deres genetiske mangfold. MSPP-typing resulterte i syv forskjellige MSPP sekvenstyper, tilstrekkelig gjenspeiler deres grafilogenetic relasjoner.
Den C. jejuni ssp. doylei MSPP ordningen omfatter 14 forskjellige biomarkør ioner, for det meste ribosomale proteiner i massen området fra 2 til 11 kDa. MSPP kan i prinsippet tilpasses andre massespektrometri plattformer med en utvidet masse utvalg. Derfor, har denne teknikken potensial til å bli et nyttig verktøy for belastning nivå mikrobiell skrive.
Introduction
I løpet av det siste tiåret, har matrise-assistert laser desorpsjon ionisering time-of-flight massespektrometri (MALDI-TOF MS) avansert til å være en høyt verdsatt standard metode for mikrobiell slekten og artsbestemmelse i klinisk mikrobiologi 1, 2. Artsbestemmelse er basert på opptak av små protein fingeravtrykk av intakte celler eller cellelysatene. Den typiske masseområde for et massespektrometer som brukes i rutinemessig klinisk mikrobiologi er 2-20 kDa. I tillegg kan det resulterende spektra bli brukt til å diskriminere stammer ved under-arter og underarter under-nivå 3. Tidlige banebrytende studier har identifisert konkrete biomarkør ioner for en bestemt undergruppe av stammer i Campylobacter jejuni 4, Clostridium difficile 5, Salmonella ente ssp. ente serovar typhi 6, Staphylococcus aureus 7-9, og Escherichia coli 10-12.
Kombinasjonen av flere variable biomarkør masser tilsvarende allele isoformer gir mulighet for dypere inndeling i undergrupper. Tidligere implementert vi en metode for å konvertere disse variasjoner i masse profiler i meningsfulle og reproduserbare phyloproteomic relasjoner kalles massespektrometri basert phyloproteomics (MSPP) på en C. jejuni ssp. jejuni isolat samling 13. MSPP kan brukes en massespektrometrisk tilsvarende DNA sekvens basert subtyping teknikker som multilocus sekvens typing (MLST).
Campylobacter arter er den ledende årsak til bakteriell gastroenteritt verdensomspennende 14, 15. Som en konsekvens av Campylobacteriose post-infektiøs sekvele, nemlig, Guillain-Barré syndrom, reaktiv artritt og inflammatorisk tarmsykdom kan oppstå 16. De viktigste smittekildene erforurenset husdyr kjøtt fra kylling, kalkun, svin, storfe, sau og ender, melk og overvann 15, 17. Derfor vanlige epidemiologiske overvåking studier i sammenheng med mattrygghet er nødvendig. MLST er "gullstandarden" i molekylær typing for Campylobacter arter 18. Fordi Sanger-sekvensering basert MLST metode er arbeidskrevende, tidkrevende og relativt kostbart, er MLST typing begrenset til relativt små isolere kullene. Det er derfor et behov for billigere og raskere subtyping metoder. Dette behovet kan dekkes ved massespektrometri metoder som MSPP.
Dette notatet presenterer en detaljert protokoll for MSPP-typing ved hjelp av en samling av Campylobacter jejuni ssp. Doylei isolater og sammenligning av sitt potensial med MLST.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den mest kritiske trinnet i opprettelsen av en MSPP ordningen er utvetydig genetisk bestemmelse av biomarkør ion identiteter. Hvis det ikke er mulig å identifisere en biomarkør utvilsomt, så det bør være utelukket fra ordningen 13.
Den C. jejuni ssp. doylei Ordningen omfatter 14 ulike biomarkører ioner. Dette er fem færre enn i C. jejuni ssp. jejuni MSPP ordningen 13 sikret viktigste forskjellen mellom påvisbare C. jejuni…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We are grateful to Hannah Kleinschmidt for excellent technical support. This paper was funded by the Open Access support program of the Deutsche Forschungsgemeinschaft and the publication fund of the Georg August Universität Göttingen.
Materials
| acetonitrile | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | 34967 | |
| Autoflex III TOF/TOF 200 system | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | GT02554 G201 | Mass spectrometer |
| bacterial test standard BTS | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 604537 | |
| BioTools 3.2 SR1 | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 263564 | Software Package |
| Bruker IVD Bakterial Test Standard | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 8290190 | 5 tubes |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG8843 | ATCC 49349;IMVS 1141;NCTC 11951;strain 093 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG9143 | Goossens Z90 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG7790 | ATCC 49350;CCUG 18265;Kasper 71;LMG 8219;NCTC 11847 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG9243 | Goossens N130 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG8871 | NCTC A603/87 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG9255 | Goossens B538 |
| Campylobacter jejuni subsp. doylei isolate | Belgium coordinated collection of microorganisms/Laboratory of Microbiology UGent BCCM/LMG Ghent, Belgium | LMG8870 | NCTC A613/87 |
| Columbia agar base | Merck, Darmstadt, Germany | 1.10455 .0500 | 500 g |
| Compass for FlexSeries 1.2 SR1 | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 251419 | Software Package |
| defibrinated sheep blood | Oxoid Deutschland GmbH, Wesel, Germany | SR0051 | |
| ethanol | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | 02854 Fluka | |
| formic acid | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | F0507 | |
| HCCA matrix | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 604531 | |
| Kimwipes paper tissue | Kimtech Science via Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | Z188956 | |
| MALDI Biotyper 2.0 | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 259935 | Software Package |
| Mast Cryobank vials | Mast Diagnostica, Reinfeld, Germany | CRYO/B | |
| MSP 96 polished steel target | Bruker Daltonics, Bremen, Germany | 224989 | |
| QIAamp DNA Mini Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 51304 | |
| recombinant human insulin | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | I2643 | |
| trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | T6508 | |
| water, molecular biology-grade | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | W4502 |
References
- Seng, P., et al. Ongoing revolution in bacteriology: routine identification of bacteria by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Clin Infect Dis. 49 (4), 543-551 (2009).
- Bader, O. MALDI-TOF-MS-based species identification and typing approaches in medical mycology. Proteomics. 13 (5), 788-799 (2013).
- Sandrin, T. R., Goldstein, J. E., Schumaker, S. MALDI TOF MS profiling of bacteria at the strain level: a review. Mass Spectrom Rev. 32 (3), 188-217 (2013).
- Zautner, A. E., et al. Discrimination of multilocus sequence typing-based Campylobacter jejuni subgroups by MALDI-TOF mass spectrometry. BMC Microbiol. 13, 247 (2013).
- Reil, M., et al. Recognition of Clostridium difficile PCR-ribotypes 001, 027 and 126/078 using an extended MALDI-TOF MS system. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 30 (11), 1431-1436 (2011).
- Kuhns, M., Zautner, A. E., et al. Rapid discrimination of Salmonella enterica serovar Typhi from other serovars by MALDI-TOF mass spectrometry. PLoS One. 7 (6), e40004 (2012).
- Wolters, M., et al. MALDI-TOF MS fingerprinting allows for discrimination of major methicillin-resistant Staphylococcus aureus lineages. Int J Med Microbiol. 301 (1), 64-68 (2011).
- Josten, M., et al. Analysis of the matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrum of Staphylococcus aureus identifies mutations that allow differentiation of the main clonal lineages. J Clin Microbiol. 51 (6), 1809-1817 (2013).
- Lu, J. J., Tsai, F. J., Ho, C. M., Liu, Y. C., Chen, C. J. Peptide biomarker discovery for identification of methicillin-resistant and vancomycin-intermediate Staphylococcus aureus strains by MALDI-TOF. Anal Chem. 84 (13), 5685-5692 (2012).
- Novais, A., et al. MALDI-TOF mass spectrometry as a tool for the discrimination of high-risk Escherichia coli clones from phylogenetic groups B2 (ST131) and D (ST69, ST405, ST393). Eur J Clin Microbiol Infect Dis. , (2014).
- Matsumura, Y., et al. Detection of extended-spectrum-beta-lactamase-producing Escherichia coli ST131 and ST405 clonal groups by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J Clin Microbiol. 52 (4), 1034-1040 (2014).
- Christner, M., et al. Rapid MALDI-TOF Mass Spectrometry Strain Typing during a Large Outbreak of Shiga-Toxigenic Escherichia coli. PLoS One. 9 (7), e101924 (2014).
- Zautner, A. E., Masanta, W. O., Weig, M., Groß, U., Bader, O. Mass Spectrometry-based PhyloProteomics (MSPP): A novel microbial typing Method. Scientific Reports. 5, (2015).
- Dasti, J. I., Tareen, A. M., Lugert, R., Zautner, A. E., Gross, U. Campylobacter jejuni: a brief overview on pathogenicity-associated factors and disease-mediating mechanisms. Int J Med Microbiol. 300 (4), 205-211 (2010).
- Zautner, A. E., et al. Seroprevalence of campylobacteriosis and relevant post-infectious sequelae. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 33 (6), 1019-1027 (2014).
- Zautner, A. E., Herrmann, S., Groß, U. Campylobacter jejuni – The Search for virulence-associated factors. Archiv Fur Lebensmittelhygiene. 61 (3), 91-101 (2010).
- Dingle, K. E., et al. Multilocus sequence typing system for Campylobacter jejuni. J Clin Microbiol. 39 (1), 14-23 (2001).
- Dingle, K. E., et al. Molecular characterization of Campylobacter jejuni clones: a basis for epidemiologic investigation. Emerg Infect Dis. 8 (9), 949-955 (2002).
- Cody, A. J., et al. Real-time genomic epidemiological evaluation of human Campylobacter isolates by use of whole-genome multilocus sequence typing. J Clin Microbiol. 51 (8), 2526-2534 (2013).
- Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A., Kumar, S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol Biol Evol. 30 (12), 2725-2729 (2013).
- Jolley, K. A., Chan, M. S., Maiden, M. C. mlstdbNet – distributed multi-locus sequence typing (MLST) databases. BMC Bioinformatics. 5, 86 (2004).
- Verroken, A., et al. Evaluation of Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry for Identification of Nocardia Species. J Clinl Microbiol. 48 (11), 4015-4021 (2010).
- El Khéchine, A., Couderc, C., Flaudrops, C., Raoult, D., Drancourt, M. Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry Identification of Mycobacteria in Routine Clinical Practice. PLoS ONE. 6 (9), e24720 (2011).
- Goujon, M., et al. A new bioinformatics analysis tools framework at EMBL-EBI. Nucleic Acids Research. 38, 695-699 (2010).
- Hall, T. A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 41, 95-98 (1999).
- Jolley, K. A., et al. Ribosomal multilocus sequence typing: universal characterization of bacteria from domain to strain. Microbiology. 158, 1005-1015 (2012).
- Suarez, S., et al. Ribosomal proteins as biomarkers for bacterial identification by mass spectrometry in the clinical microbiology laboratory. J Microbiol Methods. 94 (3), 390-396 (2013).
- Teramoto, K., et al. Phylogenetic classification of Pseudomonas putida strains by MALDI-MS using ribosomal subunit proteins as biomarkers. Anal Chem. 79 (22), 8712-8719 (2007).
- Teramoto, K., Kitagawa, W., Sato, H., Torimura, M., Tamura, T., Tao, H. Phylogenetic analysis of Rhodococcus erythropolis based on the variation of ribosomal proteins as observed by matrix-assisted laser desorption ionization-mass spectrometry without using genome information. J Biosci Bioeng. 108 (4), 348-353 (2009).
- Bernhard, M., Weig, M., Zautner, A. E., Gross, U., Bader, O. Yeast on-target lysis (YOTL), a procedure for making auxiliary mass spectrum data sets for clinical routine identification of yeasts. J Clin Microbiol. 52 (12), 4163-4167 (2014).
- Stark, T., et al. Mass spectrometric profiling of Bacillus cereus strains and quantitation of the emetic toxin cereulide by means of stable isotope dilution analysis and HEp-2 bioassay. Anal Bioanal Chem. 405 (1), 191-201 (2012).
