Characterization of the Lactobacillus Casei Group Based on Profiling of Ribosomal Proteins Coded in S10-spc-alpha Operons as Observed by MALDI-TOF MS

Význam tématu

Proces diskriminace bakterií rodu Lactobacillus casei je komplikovaný kvůli vysoké genetické podobnosti a nejednoznačné taxonomii. Přesné a rychlé určení druhu a poddruhu je klíčové v potravinářském průmyslu, biotechnologii i ve farmacii, kde jsou tyto bakterie využívány jako probiotika či startovací kultury.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit schopnost metody S10-GERMS založené na profilování ribozomálních proteinů z operonu S10-spc-alpha ve spojení s MALDI-TOF MS rychle a přesně rozlišit členy L. casei skupiny na úrovni druhu a poddruhu, což tradiční 16S rRNA sekvenování nedokáže spolehlivě zajistit.

Použitá metodika

• Izolace a kultivace: Bakteriální kmeny z JCM a NBRC kolekcí kultivovány dle doporučení.
• Genetická analýza: Sekvenování S10-spc-alpha operonu u referenčních kmenů, výpočet teoretických hmotností 14 ribozomálních proteinů s ohledem na post-translační modifikace a odštěpení N-terminální methioninu.
• Profilování MALDI-TOF MS: Lineární pozitivní režim, matrix sinapová kyselina v acetonitrilu s TFA, extrakce buněk bead beating v TMA-I pufru.

Použitá instrumentace

• AXIMA MALDI-TOF MS Microbial Identification System (Shimadzu)
• Software Strain Solution pro vysoce přesnou identifikaci bakterií
• BioNumerics s UPGMA algoritmem pro shlukovou analýzu

Hlavní výsledky a diskuse

• Databáze teoretických hmotností ribozomálních proteinů umožnila odlišení druhů a poddruhů L. casei skupiny podle odchylek hmotnostních signálů (proteiny L23, L24, S13 aj.).
• MALDI-TOF MS spektrogramy prokázaly opakovatelnou detekci markerů v rozsahu 4,4–14,7 kDa.
• Software Strain Solution přiřadil neznámý kmen JCM 8129 k L. casei NBRC 15883T se 100% shodou 14 markerů.
• Shluková analýza UPGMA potvrdila phylogenetickou konzistenci s tradičními genetickými metodami (ribotypizace, MLST).

Přínosy a praktické využití metody

Rychlá a přesná identifikace L. casei skupiny umožní:

• Efektivnější řízení startovacích kultur v potravinářství a farmacii.
• Kontrolu kvality probiotických produktů a zajištění identity kmenů.
• Rychlou detekci kontaminací a ověření souladu deklarovaných kmenů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databáze S10-GERMS pro další průmyslově významné rody bakterií.
• Integrace metody do automatizovaných vysokokapacitních platforem.
• Přenositelnost na terénní zařízení pro rychlé kontroly v provozech.
• Další validace zahrnující širší biogeografickou a environmentální rozmanitost kmenů.

Závěr

Metoda S10-GERMS kombinuje teoretické profilování ribozomálních proteinů se spektrometrií MALDI-TOF MS a poskytuje robustní, rychlý a spolehlivý přístup k diskriminaci příbuzných bakterií rodu Lactobacillus casei. Vyvinutý software Strain Solution potvrzuje vysokou přesnost v identifikaci druhů a poddruhů s významným dopadem na potravinářský průmysl, farmacii i vědecký výzkum.

Reference

• Sato H., Torimura M., Kitahara M., Ohkuma M., Hotta Y., Tamura H. Characterization of the Lactobacillus casei group based on the profiling of ribosomal proteins coded in S10-spc-alpha operons as observed by MALDI-TOF MS. Syst. Appl. Microbiol. 35, 447–454 (2012).
• Ryu C.S., Czajka J.W., Sakamoto M., Benno Y. Characterization of the Lactobacillus casei group and the Lactobacillus acidophilus group by automated ribotyping. Microbiol. Immunol. 45, 271–275 (2001).
• Huys G., Vancanneyt M., D’Haene K., Vankerckhoven V., Goossens H., Swings J. Accuracy of species identity of commercial bacterial cultures intended for probiotic or nutritional use. Res. Microbiol. 157, 803–810 (2006).