Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Descripción del análisis microbológico realizado mediante maldi-tof en muestras de la fundación santa fe de Bogotá.

Introducción: La rápida detección e identificación bacteriana es fundamental para el manejo de los pacientes críticos que presentan una patología infecciosa, esto requiere de métodos rápidos para el inicio de un correcto tratamiento. En Colombia se usan pruebas microbiología convencional. No hay estudios de espectrofotometría de masas en análisis de muestras de pacientes críticos en Colombia. Objetivo general: Describir la experiencia del análisis microbiológico mediante la tecnología MALDI-TOF MS en muestras tomadas en la Fundación Santa Fe de Bogotá. Materiales y Métodos: Entre junio y julio de 2013, se analizaron 147 aislamientos bacterianos de muestras clínicas, las cuales fueron procesadas previamente por medio del sistema VITEK II. Los aislamientos correspondieron a 88 hemocultivos (60%), 28 urocultivos (19%), y otros cultivos 31 (21%). Resultados: Se obtuvieron 147 aislamientos con identificación adecuada a nivel de género y/o especie así: en el 88.4% (130 muestras) a nivel de género y especie, con una concordancia del 100% comparado con el sistema VITEK II. El porcentaje de identificación fue de 66% en el grupo de bacilos gram negativos no fermentadores, 96% en enterobacterias, 100% en gérmenes fastidiosos, 92% en cocos gram positivos, 100% bacilos gram negativos móviles y 100% en levaduras. No se encontró ninguna concordancia en bacilos gram positivos y gérmenes del genero Aggregatibacter. Conclusiones: El MALDI-TOF es una prueba rápida para la identificación microbiológica de género y especie que concuerda con los resultados obtenidos de manera convencional. Faltan estudios para hacer del MALDI-TOF MS la prueba oro en identificación de gérmenes.

A simple, robust and rapid approach to detect carbapenemases in Gram-negative isolates by MALDI-TOF mass spectrometry: validation with triple quadripole tandem mass spectrometry, microarray and PCR.

Carbapenemases should be accurately and rapidly detected, given their possible epidemiological spread and their impact on treatment options. Here, we developed a simple, easy and rapid matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF)-based assay to detect carbapenemases and compared this innovative test with four other diagnostic approaches on 47 clinical isolates. Tandem mass spectrometry (MS-MS) was also used to determine accurately the amount of antibiotic present in the supernatant after 1 h of incubation and both MALDI-TOF and MS-MS approaches exhibited a 100% sensitivity and a 100% specificity. By comparison, molecular genetic techniques (Check-MDR Carba PCR and Check-MDR CT103 microarray) showed a 90.5% sensitivity and a 100% specificity, as two strains of Aeromonas were not detected because their chromosomal carbapenemase is not targeted by probes used in both kits. Altogether, this innovative MALDI-TOF-based approach that uses a stable 10-μg disk of ertapenem was highly efficient in detecting carbapenemase, with a sensitivity higher than that of PCR and microarray.

From MALDI-TOF mass spectrometry to soft-landing for electronics

Within this PhD thesis matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) has been used as a reliable tool for the quantitative characterization of giant molecules, such as alkyl substituted and unsubstituted large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), which cannot be characterized by conventional analytic techniques due to their lack of solubility. The use of the MALDI solvent-free technique for the sample preparation and the application of the standard addition method have allowed the quantitative characterization of synthetic PAH mixtures. The knowledge, acquired by studying these representative systems, has been then transferred to the quantitative analyses of complex and slightly soluble natural PAH mixtures, such as mesophase pitch. Moreover, the possibility to ionize intractable and insoluble molecules via mass spectrometry has been recognized to be not only a powerful analytical method, but also to represent a unique change to handle giant aromatic systems and to deposit them on a surface for further investigations, in a process, which is defined as “soft-landing”. Within this novel deposition technique, ions of the desired analytes or analyte mixtures are generated by means of an MS ionization source, discriminated by their different mass to charge ratios via a mass analyzer and landed with retention of their structure on a desired surface. This soft-deposition is guaranteed by the use of decelerating potentials, which have in this work been recognized to influence the final packing of the analyte molecules reaching the landing surface. For a more detailed study of the electrical field action on disc-like and rod-like molecules, soft-landing-independent experiments have been additionally carried out. As a result unidirectionally ordered films of the analyte molecules have been obtained due to the application of an external electrical strength. This versatile alignment technique has then been used for obtaining ordered layers of semiconducting materials for the fabrication of organic field effect transistors (OFET) with improved performances.

Analysis of the constituents in the rat plasma after oral administration of Yin Chen Hao Tang by UPLC/Q-TOF-MS/MS

A UPLC/Q-TOF-MS/MS method for analyzing the constituents in rat plasma after oral administration of Yin Chen Hao Tang (YCHT), a traditional Chinese medical formula, has been established. The UPLC/MS fingerprints of the samples were established first in vitro and in vivo, with 45 compounds in YCHT and 21 compounds in rat plasma after oral administration of YCHT were detected. Of the 45 detected compounds in vitro, 30 were identified, and all of the 21 compounds detected in rat plasma were identified either by comparing the retention time and mass spectrometry data with that of reference compounds or by mass spectrometry analysis and retrieving the reference literatures. Of the identified 21 compounds in rat plasma, 19 were the original form of compounds absorbed from the 45 detected compounds in vitro, 2 were the metabolites of the compounds existed in YCHT. It is concluded that a rapid and validated method has been developed based on UPLC-MS/MS, which shows high sensitivity and resolution that is more suitable for identifying the bioactive constituents in plasma after oral administration of Chinese herbal medicines, and provides helpful chemical information for further pharmacology and active mechanism research on the Chinese medical formula.

SEC-MALDI-TOF mass spectral characterization of a hyperbranched polyether prepared via melt transetherification

An AB(2) monomer, 1-(2-hydroxyethoxy)-3,5-bis-(methoxymethyl)-2,4,6-trimethylbenzene, was synthesized from mesitol and melt-polycondensed in the presence of an acid catalyst via a transetherification process at 145-150 degreesC to yield a soluble, moderately high molecular weight hyperbranched polyether. The degree of branching in the polymer was calculated to be 0.78 by a comparison of its NMR spectrum with that of an appropriately designed model compound. The weight-average molecular weight of the hyperbranched polymer was determined to be 64,600 (weight-average molecular weight/number-average molecular weight = 5.2) by size exclusion chromatography (SEC) in CHCl3, with polystyrene standards. The origin of the broad molecular weight distribution, which could either be intrinsic to such hyperbranched structures or be due to structural heterogeneity, was further probed by the fractionation of the samples by SEC and by the subjection of each fraction to matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectral analysis. The mass spectral analysis suggested the presence of two primary types of species: one corresponding to the simple branched structure and the other to macrocyclics. Interestingly, from the relative intensities of the two peaks, it was apparent that cyclization became favorable at higher conversions in the melt transetherification process. (C) 2002 Wiley Periodicals, Inc.

Biodegradation of acrylamide by acrylamidase from Stenotrophomonas acidaminiphila MSU12 and analysis of degradation products by MALDI-TOF and HPLC

The present study examines an improved detoxification and rapid biological degradation of toxic pollutant acrylamide using a bacterium. The acrylamide degrading bacterium was isolated from the soil followed by its screening to know the acrylamide degrading capability. The minimal medium containing acrylamide (30 mM) served as a sole source of carbon and nitrogen for their active growth. The optimization of three different factors was analyzed by using Response Surface Methodology (RSM). The bacteria actively degraded the acrylamide at a temperature of 32 degrees C, with a maximum growth at 30 mM substrate (acrylamide) concentration at a pH of 7.2. The acrylamidase activity and degradation of acrylamide was determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and Matrix Assisted Laser Desorption and Ionization Time of Flight mass spectrometer (MALDI-TOF). Based on 168 rRNA analysis the selected strain was identified as Gram negative bacilli Stenotrophomonas acidaminiphila MSU12. The acrylamidase was isolated from bacterial extract and was purified by HPLC, whose mass spectrum showed a molecular mass of 38 kDa. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Carcinoma epidermóide invasivo de pênis: subexpressão dos fragmentos C3 e C4A/B do sistema complemento detectado no plasma pela plataforma proteômica ClinProt/MALDI/TOF

O carcinoma epidermóide de pênis (CEP) representa 95% das neoplasias penianas e afeta quase sempre pacientes não circuncidados estando muitas vezes associado à falta de higiene local adequada e à fimose. No Brasil a sua incidência é de 2,7 % porém em algumas áreas do país pode chegar a 17% dos casos diagnosticados por ano. O tumor pode ocorrer em qualquer parte do órgão sexual masculino e o tipo de estadiamento empregado é controverso. A classificação de Broders é a mais utilizada. Estudos sugerem a relação entre o desenvolvimento do carcinoma de pênis com a infecção por HPV (Papiloma Vírus Humano). O método de avaliação dos linfonodos inguinais permanece controverso sendo difícil a diferenciação entre linfadenomegalia inflamatória reacional e metastática. O exame físico não é um preditor confiável do comprometimento linfonodal pois pacientes com linfonodos palpáveis podem não apresentar metástases. Há poucas publicações sobre os mecanismos moleculares envolvidos na gênese e progressão do CEP. Apesar de vários marcadores terem sido avaliados, atualmente a aplicação clínica destes é limitada. A maior parte dos marcadores estudados requer procedimentos invasivos para obtenção do tecido tumoral. Existe a necessidade de encontrar através de uma técnica pouco invasiva marcadores tumorais circulantes capazes de diferenciar portadores de CEP com e sem envolvimento metastático. Neste tipo de neoplasia, a descoberta de biomarcadores que avaliem o prognóstico é relevante, pois o exame físico não é um indicador confiável do comprometimento linfonodal e da sobrevida.Os objetivos foram 1) revisar e discutir a epidemiologia, a etiologia, os diversos tipos de abordagem cirúrgica e as controvérsias no tratamento cirúrgico do câncer de pênis 2) investigar através da plataforma ClinProt/ MALDI / TOF a presença de marcadores plasmáticos capazes de discriminar indivíduos saudáveis de pacientes afetados por carcinoma epidermóide de pênis (CEP) 3) avaliar a importância destes marcadores na evolução da doença. Foram coletados e analisados pela plataforma ClinProt / MALDI / TOF o plasma de 36 indivíduos saudáveis e 25 pacientes com CEP invasivo, submetidos a tratamento cirúrgico entre junho de 2010 e junho de 2011, nos serviços de urologia do Instituto Nacional de Câncer e do Hospital Mário Kröeff (Rio de Janeiro). Nossos resultados apontaram para um conjunto de dois peptídeos (A = m / z 1897,22 + -9 Da e B = m / z 2021,99 + -9 Da) que foram capazes de diferenciar pacientes com CEP de indivíduos controles. Esses peptídeos foram posteriormente identificados como fragmentos C3 e C4 A/B do sistema complemento. A validação cruzada, utilizando toda casuística apresentou 62,5% e 86,76% de sensibilidade e de especificidade, respectivamente, com uma alta sensibilidade (100%) e especificidade (97%) nos pacientes que morreram pela doença. Além disso, os pacientes com envolvimento ganglionar obtiveram uma sensibilidade e uma especificidade de 80 % e 97%, respectivamente. Ficou demonstrado que à medida que a doença progride mais subexpressos está o conjunto de peptídeos quando comparados com indivíduos saudáveis. Estes resultados podem ser úteis como ferramentas para a avaliação do prognóstico destes pacientes.

MALDI-TOF质谱技术在高聚物分析中的应用及新基质的筛选

利用MALDI-TOF质谱研究了非极性高聚物PS，通过此研究获得了PS的分子量、分子量分布和重复单元等信息。同时利用同位素分析和PSD-MALDI-TOF质谱证明了[M+Ag3]+的存在。并在此基础上，推断出了PS的端基结构信息，这在大分子高聚物端基分析方面尚属首次。 利用MALDI-TOF质谱研究了MALDI条件下四种黄酮类化合物在银簇合离子形成过程中的作用以及影响。结果表明，有机物中对紫外区激光有较强吸收的不饱和结构、影响有机物离子化的基团以及影响π-d共轭的空间位阻效应的基团都是影响银簇合离子形成的重要因素。 利用MALDI-TOF质谱结合PSD-MALDI-TOF碎片信息对两嵌段共聚物MPEG-PCL进行了研究。准确地分析了嵌段共聚物的嵌段长度和嵌段分布情况，为更好地认识和应用这类嵌段共聚物提供了重要的依据，同时也建立了分析这类嵌段共聚物的方法。 利用MALDI-TOF 质谱对具有特异物化性能的共聚物—超支化聚酯酰胺进行了研究。通过对质谱结果的分析，揭示了聚合过程中出现的多种现象及产生这些现象的原因，这对优化此类超支化聚酯酰胺的反应条件有着非常重要的意义。 结合基质的应用现状和作为基质应具备的条件，对六种含有酚羟基的弱酸性黄酮类化合物进行了筛选研究。讨论了它们成为基质的可能性以及它们在MALDI-TOF质谱实验中的应用表现，确定了其中四种黄酮类化合物可以作为有效的基质。 总结了MALDI-TOF质谱分析特殊样品的思路与经验，有些种类的样品是首次得到成功地分析。这对从事MALDI-TOF质谱分析的工作者有一定的参考价值，同时也对开拓MALDI-TOF质谱分析的应用范围有着极其重要的意义。

HPLC与MALDI-TOFMS联用技术分析蛋黄中的磷脂

蛋黄中含有大量磷脂,其中磷脂酰胆碱(PC)和磷脂酰乙醇胺(PE)最为丰富。本研究采用高效液相色谱法(HPLC)与基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)联用技术分析了蛋黄中磷脂粗提物。将从蛋黄中提取的多种磷脂通过HPLC预先分离,收集各组分后分别进行MALDI-TOF MS分析得到比较清晰的质谱图。通过质谱图解析确定了蛋黄中磷脂酰胆碱、神经鞘磷脂(SM)的脂肪酸组成。

A method for the analysis of low-mass molecules by MALDI-TOF mass spectrometry

We report a novel method termed matrix suppressed laser desorption/ionization to improve the analysis of low-mass molecules by MALDI-TOF mass spectrometry. In this method, the surfactant of cetrimonium bromide (CTAB) is added to the conventional matrix of alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid solution to prepare the MALDI samples. During the MALDI process, the presence of CTAB could substantially or even completely suppress the matrix-related ion background. As a result, very clean mass spectra can be routinely obtained in the low-mass range. In addition, the presence of CTAB can significantly improve the mass resolution of low-mass molecules. It is seen that high-quality spectra were routinely obtained at a matrix/CTAB ratio of 1000:1. This method has been successfully used to analyze a variety of low-mass molecules.

利用MALDI-TOF质谱技术研究MPEG-b-PCL两嵌段共聚物的嵌段长度及嵌段分布

利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS)结合源后分解(PSD)技术对甲氧基封端的聚乙二醇-b-聚己内酯(MPEG-b-PCL)两嵌段共聚物进行了结构分析.根据得到的MALDI-TOFMS谱图和PSD碎片信息清晰地确定了嵌段共聚物的嵌段长度和嵌段分布.结果表明,采用MALDI-TOFMS结合PSD技术研究这类嵌段共聚物链结构非常有效.这为更好地认识和应用这类嵌段共聚物提供了重要的依据,同时也建立了分析这类嵌段共聚物的方法.

MALDI-TOF质谱表征聚芳醚酮环状低聚物及其组分分布

应用介质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦＭＳ），以二羟基苯甲酸为介质、Ｎ２（３３７ｎｍ）为激光源，对两种聚芳醚酮环状低聚物的结构进行了确认，研究了环状低聚物不同聚合度组分的分布规律，并且与ＧＰＣ质量分析法作了比较，实验结果表明，ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ质谱是分析环状低聚物的准确、快速的工具之一．