MALDI-ToF mass spectrometry analysis with molecular genetic identification of Vibrio spp. in the system of the monitoring of vibrio flora of surface water reservoirs

Abstract

There is presented the assessment of the efficacy of the application of direct protein profiling on the basis of MALDI-ToF mass-spectrometry for identification of Vibrio spp. during monitoring of Vibrio flora in surface water reservoirs implemented in the network of cholera surveillance. The comparison of results of the MALDI-ToF MS and bacteriological detection of taxonomic belonging of583 colonies morphologically similar to Vibrio cholerae (isolated in bacteriological examination of samples from environmental objects in Irkutsk city in 2012-2013) with following random identification based on 16S rRNA and rpoB gene structure showed high diagnostic sensitivity and specificity of mass-spectrometry. The findings determine the expediency of the inclusion of MALDI-ToF MS in the layout of microbiological examination in the monitoring of Vibrio flora in surface water reservoirs.

Keywords

Vibrio cholerae / epidemiological surveillance / Vibrio flora monitoring / Vibrio cholerae / MALDI-ToF mass-spectrometry / gene identification

References

[1] Брико Н.И., Покровский В.И. Глобализация и эпидемический процесс. Эпидемиол. инфекц. болезни. 2010; 4: 4-11.

[2] Марамович А.С., Урбанович Л.Я., Миронова Л.В., Куликалова Е.С. Эволюция эпидемиологии холеры. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2006; 6: 63-71.

[3] Москвитина Э.А., Мазрухо А.Б., Адаменко О.Л., Арешина О.А., Назаретян А.А., Кругликов В.Д. и др. Характеристика эпидемиологической обстановки в мире (2003-2012 гг.) и прогноз на 2013 г. Пробл. особо опасных инфекций. 2013; 1: 11-6.

[4] Safa A., Nair G.B., Kong R.Y.C. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends in Microbiol. 2009; 18(1): 46-54.

[5] Weekly epidemiological record. 2013; 88 (31): 321-36. Available at: http://www.who.int/wer.

[6] Онищенко Г.Г., Ежлова Е.Б., Демина Ю.В., Мельникова А.А. О мерах по совершенствованию эпидемиологического надзора в части индикации возбудителей инфекционных заболеваний. Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2013; 2: 4-13.

[7] Шарова И.Н., Казакова Е.С., Портенко С.А., Красовская Т.Ю., Осина Н.А., Куклев В.Е. и др. Совершенствование и стандартизация лабораторной диагностики особо опасных, «новых» и «возвращающихся» инфекционных болезней. Проблемы особо опасных инфекций. 2013; 2: 46-8.

[8] Sauer S., Freiwald A., Maier T., Kube M., Reinhardt R., Kostrzewa M. et al. Classification and identification of bacteria by mass spectrometry and computational analysis. PLoS One. 2008; 3(7): e2843.

[9] Clark A.E., Kaleta E.J., Arora A., Wolk D.M. Matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry: A fundamental shift in the routine practice of clinical microbiology. Clin. Microbiol. Rev. 2013; 26: 547-603.

[10] Fournier P.-E., Drancourt M., Colson P., Rolain J.-M., La Scola B. , Raoult D. Modern clinical microbiology: new challenges and solutions. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11: 574-85.

[11] Hazen T.H., Martinez R.J., Chen Y., Lafon P.C., Garrett N.M., Parsons M.B. et al. Rapid identification of Vibrio parahaemolyticus by whole-cell matrix-assisted laser desorption ionizationtime of flight mass spectrometry. Appl. Environ. Microbiol. 2009; 75(21): 6745-56.

[12] Dieckmann R., Strauch E., Alter T. Rapid identification and characterization of Vibrio species using whole-cell MALDI-ToF mass spectrometry. J. Appl. Microbiol. 2010; 109: 199-211.

[13] Eddabra R., Prevost G., Scheftel J.-M. Rapid discrimination of environmental Vibrio by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Microbiol. Res. 2012; 167: 226-30.

[14] Миронова Л.В., Афанасьев М.В., Остяк А.С., Басов Е.А., Куликалова Е.С., Хунхеева Ж.Ю. и др. MALDI-ToF масс-спектрометрический анализ в экспресс-идентификации микроорганизмов рода Vibrio. В кн.: Материалы XI Межгосударственной научно-практической конференции «Современные технологии в совершенствовании мер предупреждения и ответных действий на ЧС в области общественного здравоохранения санитарно-эпидемиологического характера». Саратов; 2012: 160-2.

[15] Afanas’ev M., Mironova L., Ostyak A., Basov E., Kulikalova E., Urbanovich L. et al. Matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight mass spectrometry (MALDI-ToF MS) for rapid, easy and reliable Vibrio cholerae identification. 23rd ECCMlD. 27-30 April 2013, Berlin, Germany. Available at: http://registration.akm.ch/einsicht.php?XNABSTRACT_ID=163193&XNSPRACHE_ID=2&XNKONGRESS_ID=180&XNMASKEN_ID=900.

[16] Афанасьев М.В., Миронова Л.В., Басов Е.А., Остяк А.С., Куликалова Е.С., Урбанович Л.Я., Балахонов С.В. MALDI-ToF масс-спектрометрический анализ в ускоренной идентификации микроорганизмов рода Vibrio. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2014; 3: 22-9.

[17] Телесманич Н.Р., Чайка И.А., Агафонова В.В., Сеина С.О., Чемисова О.С., Гончаренко Е.В. и др. MALDI масс-спектрометрический анализ в типировании и внутривидовой дифференциации холерных вибрионов на основе создания референс-библиотеки протеомных профилей. В кн.: Материалы Совещания специалистов Роспотребнадзора «Холера и патогенные для человека вибрионы». 5-6 июня 2013 г. Ростов н/Д: Дониздат; 2013; 26: 143-8.

[18] Emami K., Askari V., Ullrich M., Mohinudeen K., Anil A.C., Khandeparker L. et al. Characterization of bacteria in ballast water using maldi-tof mass spectrometry. PLoS One. 2012; 7(6): e38515.

[19] Лабораторная диагностика холеры: Методические указания МУК 4.2.2218-07. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии; Роспотребнадзора; 2007.

[20] Janda J.M., Abbott S.L. 16S rRNA gene sequencing for bacterial identification in the diagnostic laboratory: pluses, perils, and pitfalls. J. Clin Microbiol. 2007; 45 (9): 2761-4.

[21] Suzuki M.T., Giovannoni S.J. Bias caused by template annealing in the amplification of mixtures of 16S rRNA genes by PCR. Appl. Environ. Microbiol. 1996, 62(2): 625-30.

[22] Tarr C.L., Patel J.S., Puhr N.D., Sowers E.G., Bopp C.A., Strockbine N.A. Identification of Vibrio isolates by a multiplex pcr assay and rpob sequence determination. J. Clin. Microbiol. 2007; 45(1): 134-40.

[23] Drancourt M., Bollet C., Carlioz A., Martelin R., Gayral J.P., Raoult D. 16S ribosomal dna sequence analysis of a large collection of environmental and clinical unidentifiable bacterial isolates. J. Clin. Microbiol. 2000; 38 (10): 3623-30.

[24] Oberbeckmann S., Wichels A., Maier T., Kostrzewa M., Raffelberg S., Gerdts G. A polyphasic approach for the differentiation of environmental Vibrio isolates from temperate waters. FEMS Microbiol. Ecol. 2011; 75: 145-62.

[25] Mollet C., Drancourt M., Raoult D. rpoB sequence analysis as a novel basis for bacterial identification. Mol. Microbiol. 1997; 26 (5): 1005-11.

[26] Schirmeister F., Dieckmann R., Bechlars S., Bier N., Faruque S.M., Strauch E. Genetic and phenotypic analysis of Vibrio cholerae non-O1, non-O139 isolated from German and Austrian patients. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2014; 33: 767-78.

[27] Adekambi T., Drancourt M., Raoult D. The rpoB gene as a tool for clinical microbiologists. Trends in Microbiol. 2008; 17(1): 37-45.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-vector