Simplified molecular imaging analysis of excreted microbial metabolites using a benchtop MALDI-TOF system
Postery | 2023 | Shimadzu | ASMSInstrumentace
Biofilmy jsou klíčovým faktorem v množství chronických bakteriálních infekcí a jejich metabolity, jako jsou quorum sensing molekuly či rhamnolipidy, slouží jako důležité biomarkery. Využití zobrazovacích metod přináší prostorové informace o produkci těchto látek přímo v místě růstu mikrobiálních kolonií. Doteď byla taková analýza omezena na drahé špičkové MALDI-TOF přístroje.
Cílem bylo otestovat benchtop lineární MALDI-TOF hmotnostní spektrometr dostupný v laboratořích s menším rozpočtem, zmapovat prostorové rozložení exo-metabolitů u mono- a polymikrobiálních biofilmů Pseudomonas aeruginosa a demonstrovat synergii s LESA-MS metodikou poskytující vysokou přesnost hmotnosti a MS/MS rozlišení.
Vzorky se připravovaly na MALDI MS podkladech s tenkou vrstvou agaru na Fleximass-DS slides. Po inokulaci disků s mikroby a 24hodinové inkubaci se na plochu nanesl 9-aminoakridinát pomocí iMLayer sublimátoru. Snímání probíhalo v negativním iontovém módu s masovým oknem ±0,4 Da. Pro doplňkovou analýzu byly sekrety extrahovány LESA přístupem s 1:1 methanol:voda pro QS molekuly a 2:1 chloroform:methanol pro lipidy.
MALDI obrazce ukázaly homogenní distribuci quorum sensing molekul (HHQ, NHQ, PQS) a rhamnolipidů pod biofilmem P. aeruginosa. Při společné kultivaci se Staphylococcus aureus nebo Candida albicans docházelo k významnému snížení signálu většiny látek, s výjimkou HHQ, která byla v přítomnosti SA zvýšená. LESA-MS potvrdila tyto trendy s vysokou přesností hmotnosti a MS/MS spektry umožnily potvrdit strukturu klíčových iontů.
Očekává se rozšíření na komplexní mikrobiální komunity a environmentální vzorky, integrace s vysokorozlišovacími technikami IMS, 3D elektronovou tomografií a real-time monitoringem. Dále je perspektivní spojení s genomickými a proteomickými daty pro holistický pohled na biofilmovou dynamiku.
Studie prokázala, že benchtop MALDI-TOF zařízení dokáže spolehlivě zobrazit exo-metabolity mikrobiálních biofilmů a ve spojení s LESA-MS poskytuje komplexní prostorové i strukturální informace. To otevírá nové možnosti pro dostupnou a efektivní analýzu biomarkerů.
MALDI, LC/TOF, LC/MS
ZaměřeníKlinická analýza
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Biofilmy jsou klíčovým faktorem v množství chronických bakteriálních infekcí a jejich metabolity, jako jsou quorum sensing molekuly či rhamnolipidy, slouží jako důležité biomarkery. Využití zobrazovacích metod přináší prostorové informace o produkci těchto látek přímo v místě růstu mikrobiálních kolonií. Doteď byla taková analýza omezena na drahé špičkové MALDI-TOF přístroje.
Cíle a přehled studie
Cílem bylo otestovat benchtop lineární MALDI-TOF hmotnostní spektrometr dostupný v laboratořích s menším rozpočtem, zmapovat prostorové rozložení exo-metabolitů u mono- a polymikrobiálních biofilmů Pseudomonas aeruginosa a demonstrovat synergii s LESA-MS metodikou poskytující vysokou přesnost hmotnosti a MS/MS rozlišení.
Použitá metodika
Vzorky se připravovaly na MALDI MS podkladech s tenkou vrstvou agaru na Fleximass-DS slides. Po inokulaci disků s mikroby a 24hodinové inkubaci se na plochu nanesl 9-aminoakridinát pomocí iMLayer sublimátoru. Snímání probíhalo v negativním iontovém módu s masovým oknem ±0,4 Da. Pro doplňkovou analýzu byly sekrety extrahovány LESA přístupem s 1:1 methanol:voda pro QS molekuly a 2:1 chloroform:methanol pro lipidy.
Použitá instrumentace
- Benchtop MALDI-8030 dual polarity MALDI-TOF (Shimadzu)
- iMLayer™ automated matrix sublimation device (Shimadzu)
- Fleximass-DS MALDI target slides
- LESA elektrosprayové rozhraní (Advion LESA)
- Orbitrap Exactive / Q Exactive pro MS a MS/MS (Thermo)
Hlavní výsledky a diskuse
MALDI obrazce ukázaly homogenní distribuci quorum sensing molekul (HHQ, NHQ, PQS) a rhamnolipidů pod biofilmem P. aeruginosa. Při společné kultivaci se Staphylococcus aureus nebo Candida albicans docházelo k významnému snížení signálu většiny látek, s výjimkou HHQ, která byla v přítomnosti SA zvýšená. LESA-MS potvrdila tyto trendy s vysokou přesností hmotnosti a MS/MS spektry umožnily potvrdit strukturu klíčových iontů.
Přínosy a praktické využití metody
- Finančně dostupná platforma pro prostorovou analýzu mikrobiálních metabolitů
- Rychlá vizualizace rozložení biomarkerů přímo na biofilmu
- Komplementarita MALDI imagingu a LESA-MS pro kvantifikaci a strukturální ověření
- Uplatnění v klinické diagnostice, farmaceutickém výzkumu a QA/QC v průmyslu
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření na komplexní mikrobiální komunity a environmentální vzorky, integrace s vysokorozlišovacími technikami IMS, 3D elektronovou tomografií a real-time monitoringem. Dále je perspektivní spojení s genomickými a proteomickými daty pro holistický pohled na biofilmovou dynamiku.
Závěr
Studie prokázala, že benchtop MALDI-TOF zařízení dokáže spolehlivě zobrazit exo-metabolity mikrobiálních biofilmů a ve spojení s LESA-MS poskytuje komplexní prostorové i strukturální informace. To otevírá nové možnosti pro dostupnou a efektivní analýzu biomarkerů.
Reference
- Jamal M., et al. Journal of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 2018.
- Barr H.L., et al. European Respiratory Journal, 2015.
- Robertson S., et al. Analytical Chemistry, 2023.
- Michelsen C.F., et al. ISME Journal, 2016.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Re-discovering Bacterial Biofilm Heterogeneity with MALDI Imaging Mass Spectrometry
2018|Bruker|Aplikace
25 YEARS MALDI Re-discovering Bacterial Biofilm Heterogeneity with MALDI Imaging Mass Spectrometry Biofilms are multicellular microbial communities where cells stick to each other and often adhere to a surface. The study of biofilms is important given that most infections in…
Klíčová slova
biofilm, biofilmcalprotectin, calprotectinbiofilms, biofilmsbacterial, bacterialnutrient, nutrientmaldi, maldiimaging, imaginguntreated, untreatedprotein, proteinbruker, brukergrossly, grosslydissected, dissectedheterogeneity, heterogeneityhost, hostrapiflex
Large scale MALDI-TOF imaging of metabolites from filamentous fungi
2018|Bruker|Aplikace
Large scale MALDI-TOF imaging of metabolites from filamentous fungi MALDI-TOF imaging has proved a very useful research tool as it can rapidly produce high spatial resolution images with minimal sample preparation. However, a major drawback of MALDI-TOF based imaging can…
Klíčová slova
imaging, imagingagar, agarcolonies, coloniesfungal, fungalmatrix, matrixcolony, colonymaldi, maldipieces, piecesfilamentous, filamentousfungi, fungisections, sectionsplate, platepetri, petriexcised, excisedimage
Bruker MRMS Applications Handbook
2020|Bruker|Příručky
MRMS Applications Handbook Cutting-Edge Research in MALDI Imaging, Metabolomics/Phenomics, Native MS and Petroleomics Innovation with Integrity MRMS Dear Mass Spec Customer, Thank you for your interest in Bruker's scimaX® and solariX-series instruments. Powered by MRMS (Magnetic Resonance Mass Spectrometry), this…
Klíčová slova
maldi, maldiimaging, imagingmrms, mrmsbruker, brukermass, masssolarix, solarixmolecular, molecularwere, werespectrometry, spectrometrytissue, tissuedaltonics, daltonicsreserves, reservescontinually, continuallymetabolites, metabolitesicr
Interrogation of the Spatial Metabolome of Ginkgo biloba with high-resolution MALDI and LDI Mass Spectrometry Imaging
2019|Bruker|Aplikace
Interrogation of the Spatial Metabolome of Ginkgo biloba with high-resolution MALDI and LDI Mass Spectrometry Imaging MALDI Imaging was used to unravel distinct spatial metabolomics in leaf cross sections. Introduction Ginkgo biloba is the only extant species in the division…
Klíčová slova
maldi, maldiginkgo, ginkgoimaging, imagingspraying, sprayingflavonoid, flavonoiddhb, dhbbiloba, bilobaleaf, leafultraflextreme, ultraflextremewet, wetepidermis, epidermistof, tofsecretory, secretorywere, weremetabolites
