Erregeridentifizierung: MALDI-TOF Massenspektrometrie

Bei der Identifizierung von pathogenen Mikroorganismen oder Verderbnis-Erregern ist die Matrix-unterstützte Laser Desorption/Ionisation Flugzeit-Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) als wichtiges Werkzeug in unsere tägliche Arbeit integriert. Die Methode wird von der Lebensmittelmikrobiologie bis zur veterinärmedizinischen Bakteriologe vielfach eingesetzt.

 

Die praktische Durchführung ist dabei sehr einfach: Eine kleine Menge einer frisch kultivierten Bakterienkolonie wird auf einem Probenträger aus Stahl verrieben und mit einer Substanz, der sogenannten Matrix, überschichtet. Der Träger wird in das Gerät gegeben, wo die Probe mit Hilfe der Matrix durch einen gepulsten Laser ionisiert wird. Innerhalb weniger Sekunden werden im Anschluss die Massenspektren im Bereich von 2000 bis 20.000 Dalton aufgezeichnet (s. Abb.).

 

Aus dem Spektrum wird unmittelbar in Folge eine Liste der detektierbaren Massen erzeugt, und diese mit den Referenzeinträgen in einer Datenbank verglichen. Dadurch werden die unbekannten Mikroorganismen identifiziert. Das Ergebnis erhält man so in nur wenigen Minuten. Bisherige Validierungen zeigen eine hohe Zuverlässigkeit der Methode, die durch ihre Flexibilität zu einer wachsenden Anwendungsbreite führt.

 

Begrenzt wird die Möglichkeit einer Identifizierung durch die Datenbank mit den darin enthaltenen Referenzen. Was nicht in einer Datenbank hinterlegt ist, kann auch nicht abgeglichen und identifiziert werden. Die durch Hersteller angebotenen MALDI-Datenbanken sind im Schwerpunkt auf die Diagnostik in der humanmedizinischen Mikrobiologie ausgerichtet. Daher werden am CVUA Stuttgart eigene Datenbankergänzungen zur Anwendung in der veterinärmedizinischen Mikrobiologie und der Lebensmittelkontrolle erstellt. Das Schließen diagnostischer Lücken erfolgt nicht nur in Zusammenarbeit aller fünf Untersuchungsämter in Baden-Württemberg, sondern auch länderübergreifend.

 

Neben der Identifizierung von Mikroorganismen kann diese Technik auch für andere proteinhaltigen Proben eingesetzt werden. Eigene Erweiterungen der Datenbank erlauben beispielsweise die Artbestimmung bei Muskelfleisch, Milchprodukten, Pilzen oder Pflanzen. Diese Referenzeinträge stehen dem Fachpublikum zum Austausch über die MALDI-TOF User Plattform http://maldi-up.ua-bw.de zur Verfügung.

 

Abb. 1: Arbeitsgang in der MALDI-TOF Massenspektrometrie.

Abb. 1: Arbeitsgang in der MALDI-TOF Massenspektrometrie:
Kleine Mengen der reinen Isolate werden auf einem Probenträger aus Stahl direkt oder als Extrakt aufgetragen und getrocknet. Anschließend wird die kristallisierende Matrix-Substanz aufgebracht. Das Massenspektrum insbesondere der Proteine der Mikroorganismen wird am MALDI-TOF MS aufgenommen. Das Spektrum kann nun mit vorhandenen Referenzspektren verglichen werden. Auf diese Weise kann die Art der Mikroorganismen, in anderen Anwendungen auch die Tier- oder Pflanzenart, zugeordnet werden.

 

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Bericht erschienen am 10.04.2018 12:11:31