Utilizing MALDI-TOF MS to identify clinically relevant strains of Corynebacterium diphtheriae
Backström, Lucas (2023-11-24)
Utilizing MALDI-TOF MS to identify clinically relevant strains of Corynebacterium diphtheriae
(24.11.2023)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
suljettu
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231215154702
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231215154702
Tiivistelmä
Diphtheria is a potentially fatal infection mainly caused by the Corynebacterium diphtheriae (C. diphtheriae). Current diagnostic methods are expensive and time-consuming. One new promising diagnostic method is matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). However, it is not yet known whether MALDI-TOF MS can be used to distinguish between diphtheria toxin (DT) positive and negative strains of C. diphtheriae. This would be of important clinical value, since it is the DT that causes the disease. In addition, there is not yet much information whether MALDI-TOF MS can distinguish between the different biovars (gravis, mitis and intermedius) of C. diphtheriae, which are associated with different levels of severity of diphtheria.
To detect DT using MALDI-TOF MS, it needed to be broken down into its subcomponents, which was attempted using mercaptoethanol, urea and sodium dodecyl sulfate respectively (SDS). To distinguish between biovars, gravis, mitis and intermedius were first grown on a Bordet-Gengou blood agar to isolate intermidis. Further, gravis and mitis were suspended in a starch saturated water solution to distinguish gravis based on its ability to metabolize starch. For both DT and the biovars, once samples had been prepared, they were analyzed using MALDI-TOF MS with α-cyano-4-hydroxycinnamic acid matrix. Their corresponding mass spectrums were explored for additional peaks.
Preliminary results showed that C. diphtheriae which had been treated with SDS produced additional mass spectrum peaks in 8/12 cases which were not otherwise visible. Using a starch-based approach to distinguish between biovars produced inconclusive results.
The additional peaks found when breaking down DT could indicate that breaking down DT using SDS is a viable approach. This could be used in further research to distinguish between DT positive and negative strains. Further research is needed to conclude whether a diagnostic approach using C.diphtheriae metabolites to distinguish its biovars is feasible. Kurkkumätä (difteria) on vaarallinen tauti, joka useimmiten johtuu Corynebacterium diphtheriae (C. diptheriae) -bakteerista. Nykyiset menetelmät taudin toteamiseen ovat kalliita ja aikaa vieviä. Yksi melko uusi ja lupaava menetelmä taudin toteamiseen on MALDI-TOF-massaspektrometria (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry). Kurkkumätä johtuu C. diptheriae-bakteerin toksiinista, mutta vielä ei kuitenkaan ole tiedossa, mikäli MALDI-TOF-massapektrometria voi käyttää toksiinipositiivisten ja -negatiivisten kantojen erotteluun, mikä olisi kliinisesti tärkeä tieto. Lisäksi on myös epävarmaa, mikäli MALDI-TOF-massaspektrometria voi käyttää C. diphtheriae-bakteerin eri biovarien (gravis, mitis and intermedius) erotteluun. Biovarit ovat yhteydessä taudin eri vakavuusasteisiin.
Ennen MALDI-TOF-massaspektrometrian käyttöä, C. diptheriae-bakteerin toksiini täytyi ensin erotella sen osiin. Tähän käytettiin kolmea eri menetelmää: merkaptoetanolia, ureaa sekä natriumdodesyylisulfaattia. Biovarien kohdalla piti ensin kasvattaa biovarit gravis, mitis ja intermidis käyttäen Bordet-Gengou veri-agarmaljaa, jotta intermidis pystyttiin erottaa. Sen jälkeen gravis ja mitis biovarit laitettiin tärkkelysvesiliuokseen. Näin gravis pystyttiin erottaa, koska sillä on kyky metaboloida tärkkelystä. Kun näytteet olivat valmistettu, ne analysoitiin MALDI-TOF-massaspektrialla, jossa käytettiin α-cyano-4-hydroxycinnamic happoa matriisina. Näytteiden massaspektrit tutkittiin ylimääräisten piikkien osalta.
Alustavien tulosten perusteella natriumdodesyylisulfaatilla eroteltu C. diphtheriae-bakteeri tuotti ylimääräisiä piikkejä massaspektreihin kahdeksassa tapauksessa kahdestatoista. Tärkkelyksen käyttö biovarien erotteluun tuotti epäselviä tuloksia.
Ylimääräiset piikit massaspektriassa voisi viitata siihen, että natriumdodesyylisulfaatti on toimiva menetelmä C. diphtheriae-bakteerin toksiinin erotteluun. Tätä menetelmää voisi käyttää tulevissa tutkimuksissa toksiinipositiivisten ja -negatiivisten kantojen erotteluun. Ennen kun voidaan varmuudella päätellä että C.diphteriae-bakteerin biovaarit ovat tunnistettavissa käyttämällä kyseisen bakteerin metaboliitteja tarvitaan lisää tutkimuksia.
To detect DT using MALDI-TOF MS, it needed to be broken down into its subcomponents, which was attempted using mercaptoethanol, urea and sodium dodecyl sulfate respectively (SDS). To distinguish between biovars, gravis, mitis and intermedius were first grown on a Bordet-Gengou blood agar to isolate intermidis. Further, gravis and mitis were suspended in a starch saturated water solution to distinguish gravis based on its ability to metabolize starch. For both DT and the biovars, once samples had been prepared, they were analyzed using MALDI-TOF MS with α-cyano-4-hydroxycinnamic acid matrix. Their corresponding mass spectrums were explored for additional peaks.
Preliminary results showed that C. diphtheriae which had been treated with SDS produced additional mass spectrum peaks in 8/12 cases which were not otherwise visible. Using a starch-based approach to distinguish between biovars produced inconclusive results.
The additional peaks found when breaking down DT could indicate that breaking down DT using SDS is a viable approach. This could be used in further research to distinguish between DT positive and negative strains. Further research is needed to conclude whether a diagnostic approach using C.diphtheriae metabolites to distinguish its biovars is feasible.
Ennen MALDI-TOF-massaspektrometrian käyttöä, C. diptheriae-bakteerin toksiini täytyi ensin erotella sen osiin. Tähän käytettiin kolmea eri menetelmää: merkaptoetanolia, ureaa sekä natriumdodesyylisulfaattia. Biovarien kohdalla piti ensin kasvattaa biovarit gravis, mitis ja intermidis käyttäen Bordet-Gengou veri-agarmaljaa, jotta intermidis pystyttiin erottaa. Sen jälkeen gravis ja mitis biovarit laitettiin tärkkelysvesiliuokseen. Näin gravis pystyttiin erottaa, koska sillä on kyky metaboloida tärkkelystä. Kun näytteet olivat valmistettu, ne analysoitiin MALDI-TOF-massaspektrialla, jossa käytettiin α-cyano-4-hydroxycinnamic happoa matriisina. Näytteiden massaspektrit tutkittiin ylimääräisten piikkien osalta.
Alustavien tulosten perusteella natriumdodesyylisulfaatilla eroteltu C. diphtheriae-bakteeri tuotti ylimääräisiä piikkejä massaspektreihin kahdeksassa tapauksessa kahdestatoista. Tärkkelyksen käyttö biovarien erotteluun tuotti epäselviä tuloksia.
Ylimääräiset piikit massaspektriassa voisi viitata siihen, että natriumdodesyylisulfaatti on toimiva menetelmä C. diphtheriae-bakteerin toksiinin erotteluun. Tätä menetelmää voisi käyttää tulevissa tutkimuksissa toksiinipositiivisten ja -negatiivisten kantojen erotteluun. Ennen kun voidaan varmuudella päätellä että C.diphteriae-bakteerin biovaarit ovat tunnistettavissa käyttämällä kyseisen bakteerin metaboliitteja tarvitaan lisää tutkimuksia.