MALDI-TOF MS Microbial Identification Software MicrobialTrack

Význam tématu

Rychlá a spolehlivá identifikace prokaryotických mikroorganismů je klíčová v klinické mikrobiologii, potravinářské a environmentální analytice. Využití MALDI-TOF MS ve spojení s databází teoretických hmot proteinů predikovaných z genomů umožňuje detekci i obtížně kultivovatelných či dosud nekultivovaných taxonů, přičemž výsledky jsou méně ovlivněny podmínkami kultivace či typem spektrometru.

Cíle a přehled studie

Cílem je představit platformu MicrobialTrack – cloudovou službu pro identifikaci bakterií a archeí pomocí MALDI-TOF MS. Softwarový nástroj porovnává naměřené m/z signály s rozsáhlou databází teoretických proteinových hmot z genomic data, aktualizovanou v souladu s nejnovějšími taxonomickými rámci.

Použitá metodika

• Databáze vybudovaná z ~400 000 genomů zahrnuje ~85 000 prokaryotických taxa, včetně validně pojmenovaných a placeholder taxonů.
• Identifikace založená na porovnání pozorovaných hmot (m/z) s teoretickými hmotami [M+H]+ proteinů predikovaných z genomů.
• Taxonomie podle Genome Taxonomy Database (GTDB) s kritérii ANI ≥ 95 % a AF ≥ 65 % pro species-level.
• Dvě varianty databází: “All” (veškeré genomy, hlubší analýza) a “Reps” (reprezentativní genomy pro rychlé odhady).
• Pravidelné aktualizace databáze odpovídající novým genomickým datům a změnám v taxonomickém systému.
• Třífázový pracovní postup: nahrání souboru s peak listy, jedním klikem spuštění identifikace, zobrazení výsledků s barevně kódovanými indikátory důvěryhodnosti a resamplingová validace.

Použitá instrumentace

• MALDI-TOF MS spektrometry (modely MALDI-8020, MALDI-8030 a jejich EasyCare varianty)
• Cloudová platforma MicrobialTrack přístupná z webového prohlížeče

Hlavní výsledky a diskuse

Platforma umožnila identifikovat 96 kultur během 3 hodin oproti zhruba 2 dnům u nukleových metod. Identifikace species complexes, tedy geneticky blízkých taxonů, je podpořena informacemi o výskytu při opakovaném náhodném výběru peaků. Uživatelé získávají také proteomickou interpretaci spekter s přiřazením proteinových názvů a sekvencí.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby identifikace mikroorganismů.
• Nezávislost na podmínkách kultivace a typu MALDI-TOF MS přístroje.
• Široké spektrum identifikovatelných taxonů, včetně obtížně kultivovatelných.
• Jednoduchý cloudový přístup bez nutnosti lokální instalace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Prohlubující se integrace stále nově publikovaných genomů a vylepšování taxonomie.
• Využití strojového učení pro přesnější resamplingovou analýzu a automatizovanou interpretaci spekter.
• Možné rozšíření platformy o podporu eukaryotických mikroorganismů a další omické přístupy.

Závěr

MicrobialTrack představuje inovativní, cloudově přístupné řešení pro rychlou a spolehlivou identifikaci prokaryotických organismů na základě MALDI-TOF MS a genomických dat. Díky rozsáhlé databázi teoretických proteinů a moderní taxonomii GTDB nabízí platforma vysokou výtěžnost a flexibilitu při analýze širokého spektra mikrobiálních vzorků.

Reference

• PA. Demirev et al., Anal. Chem. 71, 2732 (1999).
• Y. Sekiguchi et al., Genome Biology 24, 257 (2023).