ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ТОКСИНОВ

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2018; : 93-101

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ТОКСИНОВ

Полеева М. В., Чемисова О. С.

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-1-93-101

Аннотация

Токсины - высокомолекулярные соединения, образуемые микроорганизмами, животными, растениями и обладающие антигеными свойствами. В последнее время в связи с возникшей угрозой террористических действий идентификация ряда бактериальных токсинов становится особенно актуальной. Новый подход в идентификации токсинов связан с развитием масс-спектрометрии и позволяет успешно проводить анализ большинства природных токсинов. Метод MALDI-MS позволяет проводить детекцию таких токсинов, как Shiga-toxin Escherichia coli, delta-toxin Staphylococcus aureus, цитотоксин Bacillus cereus, ботулинический нейротоксин, холерный токсин. Аналитические и диагностические характеристики метода, простота и скорость исследования свидетельствуют о перспективе внедрения метода в практику лабораторной диагностики при определении токсино-продукции исследуемых микроорганизмов.

Список литературы

1. Автономов Д. М., Агрон И. А., Кононихин А. С., Николаев Е. Н. Создание базы данных точных массово-временных меток для качественного и количественного подхода в исследовании протеома мочи человека с использованием изотопного мечения. Труды МФТИ. 2009,1:24-29.

2. Беризовская Е.И., Ихалайнен А.А., Антохин А.М., Таранченко В.Ф., Гончаров В.М., Митрофанов Д.А., Удинцев А.В., Аксенов А.В., Шевлякова О.А., Родин И.А., Шпигун О.А. Методы обработки масс-спекфомефических данных при идентификации пептидов и белков. Вести. Моек, ун-та. Сер. 2. Химия. 2015, 5: 266-278.

3. Германчук В.Г., Уткин Д.В., Спицын А.Н., Киреев М.Н., Щербакова Н.Е. Индикация холерного токсина с помощью MALDI масс-спектрометрии. ЗНИСО. 2015, 3 (264): 28-31.

4. Германчук В.Г., Уткин Д.В., Спицын А.Н., Михеева Е.А., Осина Н.А. Применение методов спектроскопического анализа для выявления холерного токсина. ЗНИСО. 2016, 6 (279): 40-43.

5. Гришин И.Д. Времяпролетная масс-спекpомефия с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией для анализа высокомолекулярных и металлоорганических соединений. Элкктроннок учебно-методическое пособие. Нижний Новгород, 2014.

6. Дубровский Я. А., Подольская Е. П. Определение токсинов пептидной природы методом MALDI-MS (обзор). Научное приборосфоение. 2010,4: 21-35.

7. Ильина Е. Н. Молекулярные средства измерения в современной микробиологической лаборатории. Клин. лаб. диагностика. 2013, 9: 70.

8. Краснов Н. В., Лютвинский Я. И., Подольская Е. П. Масс-спеегрометфия с мягкими методами ионизации в протеомном анализе. Научное приборосфоение, 2010,4: 5-20.

9. Лебедев А. Т, Заикин В. Г. Задачи и достижения современной масс-спекфомефии. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007, 2: 21-29.

10. ПолунинаТ. А., Киреев М. Н., ХрамченковаТ. А., Спицын А. Н., Григорьева Г. В. Масс-спекфомефия в медицине и биотехнологии. Журн. микробиол. 2013, 5:112-118.

11. Супотницкий М. В. Бактериальные токсины. Их природа, механизмы действия, возможности консфуирования гибридных и модифицированныхтоксинов. Биопрепараты. Профилактика. Диагностика. Лечение. 2011,1: 6-16.

12. Тарасова И. А. Жидкостная хроматофафия в критических условиях в сочетании с масс-спекфомефией для изучения первичной сфуктуры биомолекул, Дисс. на соискание уч. степени кандидата физико-математических наук. 2007.

13. Тюрин Ю. А., Хайруллин Р. 3., Салафутдинов И. И. Масс-спеетромефическая идентификация стафилококковых пептидгидролаз. Вестник технологического университета. 2015,16: 287-289.

14. Barr J. R., Mjura Н., Boyer А. Е. et al. Botulinum neurotoxin detection and differentiation by mass spectrometry. Emerg. Infect. Dis. 2005,10:224-234.

15. Bilitewski U., Brenner-Weiss G., Hansen P.-D. et al. Bioresponse-linked instrumental analysis. Trends in Analytical Chemistry. 2000, 7:428-443.

16. Bhat V.R., Ramakrishna J., Sashidhar R.B. Outbreak of mycotoxicosis in Kashmir Valley. Nutrition news India. 1989,1:1-3.

17. Cheng K., Chui H., Domish L. D. et al. Recent development of mass spectrometry and proteomics applications in identification and typing ofbacteria. Proteomics-Clinical Applications. 2016, 4: 346-357.

18. Clark R.F., Williams S.R., Nordt S.P. et al. A review of selected seafood poisonings. Undersea Hyperb Med. 1999,26:175-184.

19. Clifton К. E, Zaragoz J. W. Bacteriophage cell lysis of Shiga toxin-producing Escherichia coli for top-down proteomic identification of Shiga toxins 1 & 2 using matrix-assisted laser desorptton/ionization tandem time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom. 2016,6:671-680.

20. Finlay B., Falkow S. Common themes in microbial pathogenicity. Microbiol. Rev. 1997, 2: 210-230.

21. Hillenkamp E, Karas M. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of biopolymers. Anal. Chem. 1991, 24: 1193A-1202A.

22. Hiroshi Hinou, Masaki Kurogochi, Hiroki Shimizu et al. Characterization of Vibrio cholerae neuraminidase by a novel mechanism-based fluorescent labeling reagent. Biochemistry. 2005, 35:11669-11675.

23. Hjemo K., Hojrup P. Interpretation oftandem mass spectrometry (MSMS) spectra for peptide analysis. Methods in Molecular Biology. 2015,1348: 83-102.

24. Kalb S. R., Boyer A. E., Barr J. R. Mass spectrometric detection of bacterial protein toxins and their enzymatic activity. Toxins. 2015,7: 3497-3511.

25. Karas M., Bachmann D., BahrD., Hillenkamp F. Matrix-assisted ultraviolet-laser desorption of nonvolatile compounds. Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 1987, 78: 53-68.

26. Karas M., GliickmannM., Schefer J. Ionization in matrix-assisted laser desorption/ionization: singly charged molecular ions are the lucky survivors. J. Mass Spectrom. 2000, 35: 1-12.

27. Kull S., Pauly D., Stormann B. et al. Multiplex detection of microbial and plant toxins by immunoaffinity enrichment and matrix-assisted laser desorptton/ionization mass spectrometry. Anal. Chem. 2010, 82 (7): 2910-2924.

28. Nedelkov D., Nelson R.W. Detection of Staphylococcal enterotoxin В via biomolecular interaction analysis mass spectrometry. Appl. Environ. Microbiol. 2003,9: 5212.

29. Nedelkov D., Rasooly A., Nelson R.W. Multitoxin biosensor-mass spectrometry analysis: a new approach for rapid, real-time, sensitive analysis of staphylococcal toxins in food. Int. J. Food Microbiol. 200^, 1:1-13.

30. Paauw A., Trip H, Niemcewicz M. et al. OmpU as abiomarker for rapid discrimination between toxigenic and epidemic Vibrio cholerae 01/0139 and non-epidemic Vibrio cholerae in a modified MALDI TOF MS assay. BMC Microbiol. 2014,14 (1): 158.

31. Pappin D. J., Hoj’rup P. N., Bleasby A. J. Rapid identification of proteins by peptide-mass fingerprinting. Curr. Biol. 1993, 6: 327-332.

32. Puup E., Phililps 14. J., Gibson B. W. et al. Matrix-assisted laser desoortion/ionization-time of flight-mass sprctromtetdy oflipopolysacchartee species separated by slabpnlyacrilamide gel electrophoresis: high-resolution separation and molecularweight determination oflipooltgosac-charides from Vibrio fisheri strain HMK. Electrophoresis. 2004, 25 (14): 2156-2164.

33. Roy-Lachapelle A., Solliec M., Bouchard MF. et al. Detection of cyanotoxins in algae dietary supplements. Toxins (Basel). 2017, 9 (3): E76.

34. Shevchenko A., Wilm M., Vorm 0. et al. Mass spectrometric sequencing of proteins silver-stained polyacrylamide gels. Anal. Chem. 1996, 5: 850-858

35. Switzar L., Giera M., Niessen W. Protein digestion: an overview of the available techniques and recent developments. J. Proteome Res. 2013,12:1067.

36. Tsilia V., Devereese В., de Baenst I. et.al Application of MALDI-TOF mass ppectrometry for the detection of enterotoxins produced by pathogenic strains of the Bacillus cereus group. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2012,6:1691-1702.

37. Thevis M., Loo R.R., Loo o.A.Mass spsctrometric characterization of transferrins and their fragments derived by reduction of disulfide bonds. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2003, 6: 635647.

38. Van Baar B.L.M., Hulst A.G., Wils E.R.J. Characterisation of cholera toxin by liquid chroma-tography-electrospray mass spectrometry. Toxicon. 1999, 1: 85-108.

39. Van Baar B.L.M., Hulst A.G., Roberts B. et al. Characterization of tetanus toxin, neat and in culture supernatant, by electrospray mass spectrometry Analytical Biochemistry 2002,2:278289.

Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2018; : 93-101

THE USE OF MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS FOR THE DETECTION OF BACTERIAL TOXINS

Poleeva M. V., Chemisova O. S.

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-1-93-101

Abstract

Toxins - molecular weight compounds produced by microorganisms, animals, plants and possessing antigene properties. Recently due to the perceived threat of terrorist actions identification of a number of bacterial toxins is especially important. A new approach in the identification of toxins associated with the development of mass spectrometry and can be successfully used for analysis of most environmental toxins. The method of MALDI-MS allows the detection of toxins such as Shiga-toxin Escherichia coli, delta-toxin of Staphylococcus aureus, Bacillus cereus particular, botulinum neurotoxin, cholera toxin. Analytical and diagnostic characteristics of the method, the simplicity and speed studies indicate the long term implementation of a method in the practice of laboratory diagnostics in determining toxinproducing of the studied microorganisms.

References

1. Avtonomov D. M., Agron I. A., Kononikhin A. S., Nikolaev E. N. Sozdanie bazy dannykh tochnykh massovo-vremennykh metok dlya kachestvennogo i kolichestvennogo podkhoda v issledovanii proteoma mochi cheloveka s ispol'zovaniem izotopnogo mecheniya. Trudy MFTI. 2009,1:24-29.

2. Berizovskaya E.I., Ikhalainen A.A., Antokhin A.M., Taranchenko V.F., Goncharov V.M., Mitrofanov D.A., Udintsev A.V., Aksenov A.V., Shevlyakova O.A., Rodin I.A., Shpigun O.A. Metody obrabotki mass-spekfomeficheskikh dannykh pri identifikatsii peptidov i belkov. Vesti. Moek, un-ta. Ser. 2. Khimiya. 2015, 5: 266-278.

3. Germanchuk V.G., Utkin D.V., Spitsyn A.N., Kireev M.N., Shcherbakova N.E. Indikatsiya kholernogo toksina s pomoshch'yu MALDI mass-spektrometrii. ZNISO. 2015, 3 (264): 28-31.

4. Germanchuk V.G., Utkin D.V., Spitsyn A.N., Mikheeva E.A., Osina N.A. Primenenie metodov spektroskopicheskogo analiza dlya vyyavleniya kholernogo toksina. ZNISO. 2016, 6 (279): 40-43.

5. Grishin I.D. Vremyaproletnaya mass-spekpomefiya s matrichno-aktivirovannoi lazernoi desorbtsiei/ionizatsiei dlya analiza vysokomolekulyarnykh i metalloorganicheskikh soedinenii. Elkktronnok uchebno-metodicheskoe posobie. Nizhnii Novgorod, 2014.

6. Dubrovskii Ya. A., Podol'skaya E. P. Opredelenie toksinov peptidnoi prirody metodom MALDI-MS (obzor). Nauchnoe priborosfoenie. 2010,4: 21-35.

7. Il'ina E. N. Molekulyarnye sredstva izmereniya v sovremennoi mikrobiologicheskoi laboratorii. Klin. lab. diagnostika. 2013, 9: 70.

8. Krasnov N. V., Lyutvinskii Ya. I., Podol'skaya E. P. Mass-speegrometfiya s myagkimi metodami ionizatsii v proteomnom analize. Nauchnoe priborosfoenie, 2010,4: 5-20.

9. Lebedev A. T, Zaikin V. G. Zadachi i dostizheniya sovremennoi mass-spekfomefii. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2007, 2: 21-29.

10. PoluninaT. A., Kireev M. N., KhramchenkovaT. A., Spitsyn A. N., Grigor'eva G. V. Mass-spekfomefiya v meditsine i biotekhnologii. Zhurn. mikrobiol. 2013, 5:112-118.

11. Supotnitskii M. V. Bakterial'nye toksiny. Ikh priroda, mekhanizmy deistviya, vozmozhnosti konsfuirovaniya gibridnykh i modifitsirovannykhtoksinov. Biopreparaty. Profilaktika. Diagnostika. Lechenie. 2011,1: 6-16.

12. Tarasova I. A. Zhidkostnaya khromatofafiya v kriticheskikh usloviyakh v sochetanii s mass-spekfomefiei dlya izucheniya pervichnoi sfuktury biomolekul, Diss. na soiskanie uch. stepeni kandidata fiziko-matematicheskikh nauk. 2007.

13. Tyurin Yu. A., Khairullin R. 3., Salafutdinov I. I. Mass-speetromeficheskaya identifikatsiya stafilokokkovykh peptidgidrolaz. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2015,16: 287-289.

14. Barr J. R., Mjura N., Boyer A. E. et al. Botulinum neurotoxin detection and differentiation by mass spectrometry. Emerg. Infect. Dis. 2005,10:224-234.

15. Bilitewski U., Brenner-Weiss G., Hansen P.-D. et al. Bioresponse-linked instrumental analysis. Trends in Analytical Chemistry. 2000, 7:428-443.

16. Bhat V.R., Ramakrishna J., Sashidhar R.B. Outbreak of mycotoxicosis in Kashmir Valley. Nutrition news India. 1989,1:1-3.

18. Clark R.F., Williams S.R., Nordt S.P. et al. A review of selected seafood poisonings. Undersea Hyperb Med. 1999,26:175-184.

19. Clifton K. E, Zaragoz J. W. Bacteriophage cell lysis of Shiga toxin-producing Escherichia coli for top-down proteomic identification of Shiga toxins 1 & 2 using matrix-assisted laser desorptton/ionization tandem time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom. 2016,6:671-680.

20. Finlay B., Falkow S. Common themes in microbial pathogenicity. Microbiol. Rev. 1997, 2: 210-230.

21. Hillenkamp E, Karas M. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of biopolymers. Anal. Chem. 1991, 24: 1193A-1202A.

23. Hjemo K., Hojrup P. Interpretation oftandem mass spectrometry (MSMS) spectra for peptide analysis. Methods in Molecular Biology. 2015,1348: 83-102.

24. Kalb S. R., Boyer A. E., Barr J. R. Mass spectrometric detection of bacterial protein toxins and their enzymatic activity. Toxins. 2015,7: 3497-3511.

25. Karas M., Bachmann D., BahrD., Hillenkamp F. Matrix-assisted ultraviolet-laser desorption of nonvolatile compounds. Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 1987, 78: 53-68.

26. Karas M., GliickmannM., Schefer J. Ionization in matrix-assisted laser desorption/ionization: singly charged molecular ions are the lucky survivors. J. Mass Spectrom. 2000, 35: 1-12.

28. Nedelkov D., Nelson R.W. Detection of Staphylococcal enterotoxin V via biomolecular interaction analysis mass spectrometry. Appl. Environ. Microbiol. 2003,9: 5212.

31. Pappin D. J., Hoj’rup P. N., Bleasby A. J. Rapid identification of proteins by peptide-mass fingerprinting. Curr. Biol. 1993, 6: 327-332.

33. Roy-Lachapelle A., Solliec M., Bouchard MF. et al. Detection of cyanotoxins in algae dietary supplements. Toxins (Basel). 2017, 9 (3): E76.

34. Shevchenko A., Wilm M., Vorm 0. et al. Mass spectrometric sequencing of proteins silver-stained polyacrylamide gels. Anal. Chem. 1996, 5: 850-858

35. Switzar L., Giera M., Niessen W. Protein digestion: an overview of the available techniques and recent developments. J. Proteome Res. 2013,12:1067.

36. Tsilia V., Devereese V., de Baenst I. et.al Application of MALDI-TOF mass ppectrometry for the detection of enterotoxins produced by pathogenic strains of the Bacillus cereus group. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2012,6:1691-1702.

37. Thevis M., Loo R.R., Loo o.A.Mass spsctrometric characterization of transferrins and their fragments derived by reduction of disulfide bonds. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2003, 6: 635647.

38. Van Baar B.L.M., Hulst A.G., Wils E.R.J. Characterisation of cholera toxin by liquid chroma-tography-electrospray mass spectrometry. Toxicon. 1999, 1: 85-108.

39. Van Baar B.L.M., Hulst A.G., Roberts B. et al. Characterization of tetanus toxin, neat and in culture supernatant, by electrospray mass spectrometry Analytical Biochemistry 2002,2:278289.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ТОКСИНОВ

Аннотация

THE USE OF MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS FOR THE DETECTION OF BACTERIAL TOXINS

Abstract

События