Идентификация штаммов Bacillus с помощью MALDI TOF MS с использованием геометрического подхода

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 16989 (2015) Цитировать эту статью

7500 Доступов

33 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Идентификация микроорганизмов методом MALDI TOF масс-спектрометрии основана на сравнении масс-спектра исследуемого организма с масс-спектром эталонных штаммов. Это быстрый и надежный метод. Однако коммерческие базы данных и программы в основном предназначены для идентификации клинически значимых штаммов и могут использоваться только для конкретных моделей масс-спектрометров. Потребность в открытых платформах и справочных базах данных очевидна. В этом исследовании мы описываем геометрический подход к идентификации микроорганизмов по масс-спектрам и демонстрируем его возможности, анализируя 24 штамма, принадлежащих к группе Bacillus pumilus. Этот метод основан на представлении масс-спектров в виде точек многомерного пространства, что позволяет использовать геометрические расстояния для сравнения спектров. Разграничение микроорганизмов, выполненное геометрическим подходом, хорошо коррелирует с результатами молекулярно-филогенетического анализа и кластеризации с использованием Biotyper 3.1. Все три использованных метода позволили нам достоверно разделить штаммы на две группы, соответствующие близкородственным видам: Bacillus pumilus и Bacillus altitudinis. Разработанный нами метод будет реализован в веб-интерфейсе, предназначенном для использования открытых справочных баз данных для идентификации микроорганизмов. Данные доступны по адресу http://www.bionet.nsc.ru/mbl/database/database.html.

При изучении штаммов бактерий, выделенных из экстремальных условий, требуется быстрая и надежная идентификация штаммов бактерий, в том числе рода Bacillus. Род Bacillus содержит грамположительные аэробные или факультативно-анаэробные палочковидные бактерии, образующие внутриклеточные споры. Он включает более 80 действительных видов1. Представители этого рода широко распространены в почве, воздухе и воде и широко используются в качестве источников промышленных ферментов для пищевой, текстильной и химической промышленности2. Они также используются в качестве хозяев для экспрессии рекомбинантных генов3, а также в качестве источника рекомбинантных генов4. Штаммы Bacillus перспективны для сельского хозяйства как стимуляторы роста растений, ризобактерии5 и для использования в системах обеззараживания6,7.

За последние 30 лет систематика рода была существенно пересмотрена. Некоторые виды были выделены в новые роды: Alicyclobacillus, Paenibacillus, Aneurinibacillus, Brevibacillus, Halobacillus, Virgibacillus, Filobacillus и Jeotgalibacillus. Также род Bacillus содержит несколько близкородственных групп видов, разграничение которых затруднено. Например, в группу Bacillus cereus входят Bacillus cereus, Bacillus anthracis и Bacillus thuringiensis, которые генетически очень схожи, но тем не менее считаются отдельными видами из-за разной патогенности8. Другим примером является группа Bacillus subtilis, которая включает виды Bacillus subsp. subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus licheniformis, Bacillus atropaeus, Bacillus mojavensis, Bacillus vallismortis, Bacillus subsp. spizizenii и Bacillus sonorensis. Последовательности генов 16S рРНК этих видов имеют сходство более чем на 99%, поэтому их нельзя отличить только на этом основании9. Новый вид, Bacillus Safensis, был выделен из B. pumilus на основе последовательности гена gyrB10, и еще три вида были описаны с использованием подхода полифазной таксономии: Bacillus altitudinis, Bacillus stratosphaericus и Bacillus aerophilus11. Эти виды имеют близкородственные последовательности генов 16S рРНК и образуют группу B. pumilus12.

Классические методы идентификации микроорганизмов, такие как биохимические тесты и секвенирование ДНК, требуют много времени и труда. Недавно разработанный подход, использующий масс-спектрометрию MALDI TOF, прост и быстр. Он основан на сравнении спектра белков исследуемого образца с базой данных эталонных спектров13. Несколько исследований продемонстрировали высокую воспроизводимость этого метода при условии использования стандартных протоколов14,15,16,17. Известно, что точность идентификации зависит от различных условий роста17,18,19.