Assessment of MALDI-TOF MS as Alternative Tool for Streptococcus suis Identification

The accuracy of matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) for identifying Streptococcus suis isolates obtained from pigs, wild animals, and humans was evaluated using a PCR-based identification assay as the gold standard. In addition, MALDI-TOF MS was compared with the commercial multi-tests Rapid ID 32 STREP system. From the 129 S. suis isolates included in the study and identified by the molecular method, only 31 isolates (24.03%) had score values ≥2.300 and 79 isolates (61.24%) gave score values between 2.299 and 2.000. After updating the currently available S. suis MALDI Biotyper database with the spectra of three additional clinical isolates of serotypes 2, 7, and 9, most isolates had statistically significant higher score values (mean score: 2.65) than those obtained using the original database (mean score: 2.182). Considering the results of the present study, we suggest using a less restrictive threshold score of ≥2.000 for reliable species identification of S. suis. According to this cut-off value, a total of 125 S. suis isolates (96.9%) were correctly identified using the updated database. These data indicate an excellent performance of MALDI-TOF MS for the identification of S. suis.

Thin-Layer Chromatography with Ultraviolet and Mass Spectrometric Detection: From Preparative-Layer to Miniaturized Ultra-Thin-Layer Technique

The present challenge in drug discovery is to synthesize new compounds efficiently in minimal time. The trend is towards carefully designed and well-characterized compound libraries because fast and effective synthesis methods easily produce thousands of new compounds. The need for rapid and reliable analysis methods is increased at the same time. Quality assessment, including the identification and purity tests, is highly important since false (negative or positive) results, for instance in tests of biological activity or determination of early-ADME parameters in vitro (the pharmacokinetic study of drug absorption, distribution, metabolism, and excretion), must be avoided. This thesis summarizes the principles of classical planar chromatographic separation combined with ultraviolet (UV) and mass spectrometric (MS) detection, and introduces powerful, rapid, easy, low-cost, and alternative tools and techniques for qualitative and quantitative analysis of small drug or drug-like molecules. High performance thin-layer chromatography (HPTLC) was introduced and evaluated for fast semi-quantitative assessment of the purity of synthesis target compounds. HPTLC methods were compared with the liquid chromatography (LC) methods. Electrospray ionization mass spectrometry (ESI MS) and atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption/ionization MS (AP MALDI MS) were used to identify and confirm the product zones on the plate. AP MALDI MS was rapid, and easy to carry out directly on the plate without scraping. The PLC method was used to isolate target compounds from crude synthesized products and purify them for bioactivity and preliminary ADME tests. Ultra-thin-layer chromatography (UTLC) with AP MALDI MS and desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI MS) was introduced and studied for the first time. Because of the thinner adsorbent layer, the monolithic UTLC plate provided 10 100 times better sensitivity in MALDI analysis than did HPTLC plates. The limits of detection (LODs) down to low picomole range were demonstrated for UTLC AP MALDI and UTLC DESI MS. In a comparison of AP and vacuum MALDI MS detection for UTLC plates, desorption from the irregular surface of the plates with the combination of an external AP MALDI ion source and an ion trap instrument provided clearly less variation in mass accuracy than the vacuum MALDI time-of-flight (TOF) instrument. The performance of the two-dimensional (2D) UTLC separation with AP MALDI MS method was studied for the first time. The influence of the urine matrix on the separation and the repeatability was evaluated with benzodiazepines as model substances in human urine. The applicability of 2D UTLC AP MALDI MS was demonstrated in the detection of metabolites in an authentic urine sample.

Lipopeptides from the Banyan Endophyte, Bacillus subtilis K1: Mass Spectrometric Characterization of a Library of Fengycins

Mass spectrometric analysis of a banyan endophyte, Bacillus subtilis K1, extract showing broad spectrum antifungal activity revealed a complex mixture of lipopeptides, iturins, surfactins, and fengycins. Fractionation by reversed-phase high performance liquid chromatography (HPLC) facilitated a detailed analysis of fengycin microheterogeneity. Matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) and electrospray ionization (ESI) mass spectrometric studies permitted the identification of several new fengycin variants. Four major sites of heterogeneity are identified: (1) N-terminus beta-hydroxy fatty acid moiety, where chain length variation and the presence of unsaturation occur, (2) position 6 (Ala/Val/Ile/Leu), (3) position 10 (Val/Ile) within the macrocyclic ring, and (4) Gln to Glu replacement at position 8, resulting in fengycin variants that differ in mass by 1 Da. Diagnostic fragment ions provide a quick method for localizing the sites of variation in the macrocycle or the linear segment. Subsequent establishment of the sequences is achieved by MS/MS analysis of linear fengycin species produced by hydrolysis of the macrocyclic lactone. Unsaturation in the fatty acid chain and the presence of linear precursors in the B. subtilis K1 extract are also established by mass spectrometry. The anomalous distribution of intensities within isotopic multiplets is a diagnostic for Gln/Glu replacements. High resolution mass spectrometry facilitates the identification of fengycin species differing by 1 Da by localizing the variable position (Gln(8)/Glu(8)) in the fengycin variants.

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.

High resolution mass spectrometric alveolar proteomics: Identification of surfactant protein SP-A and SP-D modifications in proteinosis and cystic fibrosis patients

In the present study, one- and two-dimensional gel electrophoresis combined with high resolution Fourier transform-ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) have been applied as powerful approaches for the proteome analysis of surfactant proteins SP-A and SP-D, including identification of structurally modified and truncation forms, in bronchoalveolar lavage fluid from patients with cystic fibrosis, chronic bronchitis and pulmonary alveolar proteinosis. Highly sensitive micro preparation techniques were developed for matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) FT-ICR MS analysis which provided the identification of surfactant proteins at very low levels. Owing to the high resolution, FT-ICR MS was found to provide substantial advantages for the structural identification of surfactant proteins from complex biological matrices with high mass determination accuracy. Several protein bands corresponding to SP-A and SP-D were identified by MALDI-FT-ICR MS after electrophoretic separation by one- and two-dimensional gel electrophoresis, and provided the identification of structural modifications (hydroxy-proline) and degradation products.

Studies of non-covalent protein complexes by MALDI methods

Several specific non-covalent protein complexes were successfully observed by matrix assisted desorption ionization mass spectrometry(MALDI MS). The methods described in this paper include the matrixes use of sinapinic acid(SA) and 6-aza-2-thiothymine (ATT) in neutral pH solution, as well as the improvement of two-layer sample preparation method to achieve a high sensitivity detection of stable non-covalent complexes, Myoglobin-heme complex was found simultaneously with the sinapinic acid matrix in the various pH solution(pH=2 or pH=5), The RNase S complex showed a striking intensity at the first shot, which was decreased with more laser shots. Most importantly, the observation of specific non-covalent complex in the brome mosaic virus(BMV) coat proteins would open up a new possibility to investigate the assembly and disassembly of viral capsids.

Laser desorption/ionization mass spectrometry on porous silicon for metabolome analyses: influence of surface oxidation

Jenkins, Tudor; Vaidyanathan, S.; Jones, D.G.; Ellis, J., (2007) 'Laser desorption/ionization mass spectrometry on porous silicon for metabolome analyses: influence of surface oxidation', Rapid Communications in Mass Spectrometry 21(13) pp.2157-2166 RAE2008

Investigation of liquid MALDI and optimization for instrument tuning and quantitative measurements

The success of Matrix-assisted laser desorption / ionisation (MALDI) in fields such as proteomics has partially but not exclusively been due to the development of improved data acquisition and sample preparation techniques. This has been required to overcome some of the short comings of the commonly used solid-state MALDI matrices such as - cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA) and 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB). Solid state matrices form crystalline samples with highly inhomogeneous topography and morphology which results in large fluctuations in analyte signal intensity from spot to spot and positions within the spot. This means that efficient tuning of the mass spectrometer can be impeded and the use of MALDI MS for quantitative measurements is severely impeded. Recently new MALDI liquid matrices have been introduced which promise to be an effective alternative to crystalline matrices. Generally the liquid matrices comprise either ionic liquid matrices (ILMs) or a usually viscous liquid matrix which is doped with a UV lightabsorbing chromophore [1-3]. The advantages are that the droplet surface is smooth and relatively uniform with the analyte homogeneously distributed within. They have the ability to replenish a sampling position between shots negating the need to search for sample hot-spots. Also the liquid nature of the matrix allows for the use of additional additives to change the environment to which the analyte is added.

Mass spectrometric characterization of two novel inflammatory peptides from the venom of the social wasp Polybia paulista

The social wasp P. paulista is relatively common in southeast Brazil causing many medically important stinging incidents. The seriousness of these incidents is dependent on the amount of venom inoculated by the wasps into the victims, and the characteristic envenomation symptoms are strongly dependent on the types of peptides present in the venom. In order to identify some of these naturally occurring peptides available in very low amounts, an analytical protocol was developed that uses a combination of reversed-phase and normal-phase high-performance liquid chromatography (HPLC) of wasp venom for peptide purification, with matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight post-source decay mass spectrometry (MALDI-Tof-PSD-MS) and low-energy collision-induced dissociation (CID) in a quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry (QTof-MS/MS) instrument for peptide sequencing at the sub-picomole level. The distinction between Leu and Ile was achieved both by observing d-type fragment ions obtained under CID conditions and by comparison of retention times of the natural peptides and their synthetic counterparts (with different combinations of I and/or L at N- and C-terminal positions). To distinguish the isobaric residues K and Q, acetylation of peptides was followed by Q-Tof-MS analysis. The primary sequences obtained were INWLKLGKMVIDAL-NH2 (MW 1611.98Da) and IDWLKLGKMVMDVL-NH2 (MW 1658.98Da). Micro-scale bioassay protocols characterized both peptides as presenting potent hemolytic action, mast cell degranulation, and chemotaxis of poly-morphonucleated leukocyte (PMNL) cells. The primary sequences and the bioassay results suggest that these toxins constitute members of a new sub-class of mastoparan toxins, directly involved in the occurrence of inflammatory processes after wasp stinging. Copyright (C) 2004 John Wiley Sons, Ltd.

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.

Proteogenomics of selective susceptibility to endotoxin using circulating acute phase biomarkers and bioassay development in sheep: a review

Scientists have injected endotoxin into animals to investigate and understand various pathologies and novel therapies for several decades. Recent observations have shown that there is selective susceptibility to Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS) endotoxin in sheep, despite having similar breed characteristics. The reason behind this difference is unknown, and has prompted studies aiming to explain the variation by proteogenomic characterisation of circulating acute phase biomarkers. It is hypothesised that genetic trait, biochemical, immunological and inflammation marker patterns contribute in defining and predicting mammalian response to LPS. This review discusses the effects of endotoxin and host responses, genetic basis of innate defences, activation of the acute phase response (APR) following experimental LPS challenge, and the current approaches employed in detecting novel biomarkers including acute phase proteins (APP) and micro-ribonucleic acids (miRNAs) in serum or plasma. miRNAs are novel targets for elucidating molecular mechanisms of disease because of their differential expression during pathological, and in healthy states. Changes in miRNA profiles during a disease challenge may be reflected in plasma. Studies show that gel-based two-dimensional electrophoresis (2-DE) coupled with either matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) or liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS/MS) are currently the most used methods for proteome characterisation. Further evidence suggests that proteomic investigations are preferentially shifting from 2-DE to non-gel based LC-MS/MS coupled with data extraction by sequential window acquisition of all theoretical fragment-ion spectra (SWATH) approaches that are able to identify a wider range of proteins. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR), and most recently proteomic methods have been used to quantify low abundance proteins such as cytokines. qRT-PCR and next generation sequencing (NGS) are used for the characterisation of miRNA. Proteogenomic approaches for detecting APP and novel miRNA profiling are essential in understanding the selective resistance to endotoxin in sheep. The results of these methods could help in understanding similar pathology in humans. It might also be helpful in the development of physiological and diagnostic screening assays for determining experimental inclusion and endpoints, and in clinical trials in future

Association of microRNA 17–92 cluster host gene (MIR17HG) polymorphisms with breast cancer

Breast cancer incidence and mortality rates are increasing despite our current knowledge on the disease. Ninety-five percent of breast cancer cases correspond to sporadic forms of the disease and are believed to involve an interaction between environmental and genetic determinants. The microRNA 17–92 cluster host gene (MIR17HG) has been shown to regulate expression of genes involved in breast cancer development and progression. Study of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) located in this cluster gene could help provide a further understanding of its role in breast cancer. Therefore, this study investigated six SNPs in the MIR17HG using two independent Australian Caucasian case–control populations (GRC-BC and GU-CCQ BB populations) to determine association to breast cancer susceptibility. Genotyping was undertaken using chip-based matrix assisted laser desorption ionisation time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry (MS). We found significant association between rs4824505 and breast cancer at the allelic level in both study cohorts (GRC-BC p = 0.01 and GU-CCQ BB p = 0.03). Furthermore, haplotypic analysis of results from our combined population determined a significant association between rs4824505/rs7336610 and breast cancer susceptibility (p = 5 × 10−4). Our study is the first to show that the A allele of rs4824505 and the AC haplotype of rs4824505/rs7336610 are associated with risk of breast cancer development. However, definitive validation of this finding requires larger cohorts or populations in different ethnical backgrounds. Finally, functional studies of these SNPs could provide a deeper understanding of the role that MIR17HG plays in the pathophysiology of breast cancer.

Genetic association analysis of miRNA SNPs implicates MIR145 in breast cancer susceptibility

Background MicroRNAs (miRNAs) are important small non-coding RNA molecules that regulate gene expression in cellular processes related to the pathogenesis of cancer. Genetic variation in miRNA genes could impact their synthesis and cellular effects and single nucleotide polymorphisms (SNPs) are one example of genetic variants studied in relation to breast cancer. Studies aimed at identifying miRNA SNPs (miR-SNPs) associated with breast malignancies could lead towards further understanding of the disease and to develop clinical applications for early diagnosis and treatment. Methods We genotyped a panel of 24 miR-SNPs using multiplex PCR and chip-based matrix assisted laser desorption ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry (MS) analysis in two Caucasian breast cancer case control populations (Primary population: 173 cases and 187 controls and secondary population: 679 cases and 301 controls). Association to breast cancer susceptibility was determined using chi-square (X 2 ) and odds ratio (OR) analysis. Results Statistical analysis showed six miR-SNPs to be non-polymorphic and twelve of our selected miR-SNPs to have no association with breast cancer risk. However, we were able to show association between rs353291 (located in MIR145) and the risk of developing breast cancer in two independent case control cohorts (p = 0.041 and p = 0.023). Conclusions Our study is the first to report an association between a miR-SNP in MIR145 and breast cancer risk in individuals of Caucasian background. This finding requires further validation through genotyping of larger cohorts or in individuals of different ethnicities to determine the potential significance of this finding as well as studies aimed to determine functional significance. Keywords: Association analysis; Breast cancer; microRNA; miR-SNPs; MIR145

Enzymatic cross-linking of β-casein and its impact on digestibility and allergenicity

Protein modification via enzymatic cross-linking is an attractive way for altering food structure so as to create products with increased quality and nutritional value. These modifications are expected to affect not only the structure and physico-chemical properties of proteins but also their physiological characteristics, such as digestibility in the GI-tract and allergenicity. Protein cross-linking enzymes such as transglutaminases are currently commercially available, but also other types of cross-linking enzymes are being explored intensively. In this study, enzymatic cross-linking of β-casein, the most abundant bovine milk protein, was studied. Enzymatic cross-linking reactions were performed by fungal Trichoderma reesei tyrosinase (TrTyr) and the performance of the enzyme was compared to that of transglutaminase from Streptoverticillium mobaraense (Tgase). Enzymatic cross-linking reactions were followed by different analytical techniques, such as size exclusion chromatography -Ultra violet/Visible multi angle light scattering (SEC-UV/Vis-MALLS), phosphorus nuclear magnetic resonance spectroscopy (31P-NMR), atomic force (AFM) and matrix-assisted laser desorption/ionisation-time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). The research results showed that in both cases cross-linking of β-casein resulted in the formation of high molecular mass (MM ca. 1 350 kg mol-1), disk-shaped nanoparticles when the highest enzyme dosage and longest incubation times were used. According to SEC-UV/Vis-MALLS data, commercial β-casein was cross-linked almost completely when TrTyr and Tgase were used as cross-linking enzymes. In the case of TrTyr, high degree of cross-linking was confirmed by 31P-NMR where it was shown that 91 % of the tyrosine side-chains were involved in the cross-linking. The impact of enzymatic cross-linking of β-casein on in vitro digestibility by pepsin was followed by various analytical techniques. The research results demonstrated that enzymatically cross-linked β-casein was stable under the acidic conditions present in the stomach. Furthermore, it was found that cross-linked β-casein was more resistant to pepsin digestion when compared to that of non modified β-casein. The effects of enzymatic cross-linking of β-casein on allergenicity were also studied by different biochemical test methods. On the basis of the research results, enzymatic cross-linking decreased allergenicity of native β-casein by 14 % when cross-linked by TrTyr and by 6 % after treatment by Tgase. It can be concluded that in addition to the basic understanding of the reaction mechanism of TrTyr on protein matrix, the research results obtained in this study can have high impact on various applications like food, cosmetic, medical, textile and packing sectors.