幾何学的なアプローチを用いた MALDI TOF MS によるバチルス菌株の同定

Scientific Reports volume 5、記事番号: 16989 (2015) この記事を引用

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MALDI TOF 質量分析による微生物の同定は、研究対象の微生物の質量スペクトルと参照菌株の質量スペクトルの比較に基づいています。 これは迅速かつ信頼性の高い方法です。 ただし、市販のデータベースやプログラムは主に臨床的に重要な菌株を同定するために設計されており、特定の質量分析計モデルにのみ使用できます。 オープン プラットフォームと参照データベースの必要性は明らかです。 この研究では、質量スペクトルによる微生物同定のための幾何学的アプローチを説明し、Bacillus pumilus グループに属する 24 株を分析することによってその機能を実証します。 この方法は、質量スペクトルを多次元空間上の点として表現することに基づいており、幾何学的距離を使用してスペクトルを比較することができます。 幾何学的アプローチによって実行された微生物の境界設定は、Biotyper 3.1 を使用した分子系統解析およびクラスタリングの結果とよく相関します。 使用した 3 つの方法すべてにより、菌株を、密接に関連した種である Bacillus pumilus と Bacillus altitudinis に対応する 2 つのグループに確実に分けることができました。 私たちが開発した方法は、微生物の同定にオープンリファレンスデータベースを使用するために設計された Web インターフェイスに実装されます。 データは http://www.bionet.nsc.ru/mbl/database/database.html で入手できます。

極限環境から分離された細菌株を研究する場合、バチルス属の細菌株を含む細菌株を迅速かつ信頼性高く同定する必要があります。 バチルス属には、細胞内胞子を形成するグラム陽性好気性または通性嫌気性の桿菌が含まれています。 これには 80 を超える有効な種が含まれています1。 この属の代表的なものは土壌、空気、水中に豊富に存在し、食品、繊維、化学産業の工業用酵素の供給源として広く使用されています2。 これらは、組換え遺伝子の発現宿主としても使用されます 3 だけでなく、組換え遺伝子の供給源としても使用されます 4。 バチルス菌株は、植物の成長を促進する根粒菌 5 として農業に、また除染システムでの使用に有望です 6,7。

過去 30 年間で、この属の体系は大幅に改訂されました。 いくつかの種は、アリサイクロバチルス、パエニバチルス、アニューリバチルス、ブレビバチルス、ハロバチルス、バージバチルス、フィロバチルス、およびジェオガリバチルスという新しい属に分離されました。 また、Bacillus 属にはいくつかの近縁種群が含まれており、その境界を定めるのは困難です。 たとえば、Bacillus cereus グループには、Bacillus cereus、Bacillus anthracis、Bacillus thuringiensis が含まれます。これらは遺伝的に非常に似ていますが、病原性が異なるため別の種とみなされます 8。 別の例は、Bacillus subtilis subsp. 種を含む Bacillus subtilis グループです。 枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌亜種、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌、枯草菌 spizizeniiおよびBacillus sonorensis。 これらの種の 16S rRNA 遺伝子配列は 99% 以上の配列類似性を持っているため、それだけでは区別できません 9。 新種のバチルス・サフェンシスは、gyrB 遺伝子の配列に基づいて B. プミルスから単離され 10、さらに 3 種のバチルス・アルティトゥディニス、バチルス・ストラトスファエリクス、およびバチルス・アエロフィラスが多相性分類法を使用して記載されました 11。 これらの種は密接に関連した 16S rRNA 遺伝子配列を持ち、B. pumilus グループを形成します 12。

生化学検査や DNA 配列決定などの微生物同定の古典的な方法は、時間と労力がかかります。 MALDI TOF 質量分析を使用する最近開発されたアプローチは、シンプルかつ迅速です。 これは、研究対象の標本のタンパク質スペクトルと参照スペクトルのデータベースとの比較に基づいています13。 いくつかの研究では、標準プロトコルを使用する場合、この方法の高い再現性が実証されました 14、15、16、17。 識別精度は、さまざまな増殖条件に耐えられることが知られています 17、18、19。