Identifikation von Bakterien durch MALDI TOF MS
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Biologie PHYSICS SECTION PHYSICS SECTION CHEMISTRY SECTION PHYSICS SECTION CHEMISTRY SECTION PHYSICS SECTION BIOLOGY SECTION CHEMISTRY SECTION Identifikation von Bakterien durch MALDI TOF MS Dr. Matthias Wittwer BIOLOGY SECTION CHEMISTRY SECTION NBC PROTECTION TECHNOLOGY SECTION BIOLOGY SECTION NBC PROTECTION TECHNOLOGY SECTION BIOLOGY SECTION TIONAL NBC PROTECTION ND COORDINATION OFFICE Matrixunterstützte Laser-Desorption / Ionisation (MALDI) ist ein Ionisations-Verfahren, das in der Massenspektrometrie verwendet wird. Dank seiner «sanften» Weise der Ionisation erwies sich MALDI seit seiner Entwicklung in den 1980er Jahren als besonders effektiv für die Massenspektrometrie von grossen Biomolekülen wie z. B. Proteine, Peptide und Zucker. NBC PROTECTION TECHNOLOGY SECTION TIONAL NBC PROTECTION ND COORDINATION OFFICE NBC PROTECTION ECHNOLOGY SECTION Prinzip der MALDI-TOF Analytik Prinzip der MALDI-TOF Analytik TIONAL NBC PROTECTION ND COORDINATION OFFICE Elektrisches Feld zur Ionenbeschleunigung Probe ONAL NBC PROTECTION D COORDINATION OFFICE Flugrohr Auftrennung der Ionen nach Ladung und Gewicht Detektor zur Messung der IonenFlugzeiten Laser 100 Intensity (%) Yersinia Pestis Intensity (%) 100 0 0 5000 10000 15000 [m/z] Bacillus Anthracis 5000 10000 15000 [m/z] Bei der TOF (Time Of Flight) Massenspektrometrie wird das Masse/Ladungsverhältnis eines Moleküls mittels dessen Flugzeit in einem vakuumierten Flugrohr ermittelt. Die ionisierten / desorbierten Moleküle werden vor dem Eintritt in das Flugrohr in einem starken elektrischen Feld beschleunigt. Die Flugzeit wird am Ende des Flugrohrs von einem Detektor gemessen, der mit der Pulsfrequenz des Lasers synchronisiert ist. Die Messdaten werden in sog. Spektren dargestellt, bei denen auf der x-Achse die Flugzeit abgebildet ist und auf der y-Achse die Anzahl der detektierten Moleküle. Laser Die Matrix mit der eingeschlossenen Probesubstanz wird mit dem Laser beschossen. Die von der Matrix absorbierte Laserenergie wird an die Probe weitergegeben. Dieser Energietransfer führt zu einer Ionisation und Desorption der zu analysierenden Moleküle. Als Desorption wird bezeichnet, wenn Moleküle die Oberfläche eines Festkörpers verlassen. Matrix Damit die Laserenergie auf die zu analysierende Substanz übertragen werden kann, bedarf es einer sog. Matrix. Die Matrix besteht aus ringförmigen organischen Molekülen, die Laserlicht bei einer gewissen Wellenlänge stark absorbieren. Die Matrix wird vorgängig zur Analyse mit der Probe vermischt und auf die MALDI Probenplatte (Target) aufgetragen. Beim trocknen kommt es zu einer Auskristallisierung der Matrix. Identifikation von Bakterien Das Massenspektrum eines Bakteriums ist vergleichbar mit einem menschlichen Fingerabdruck. Die im Spektrum ersichtlichen Signale stammen von Molekülen die im Bakterium in hoher Konzentration vorkommen wie ribosomale Proteine, metabolische Enzyme und Oberflächenproteine. Um ein Bakterium anhand seines Massenspektrums identifizieren zu können bedarf es, analog zur Forensik, einer Datenbank in der für jede Bakterienspezies Referenzspektren zum Vergleich abgelegt sind. Die vom LABOR SPIEZ verwendete kommerzielle Datenbank SARAMIS umfasst über 80’000 Spektren von etwa 1500 verschiedenen Bakteriengattungen. Schweizerische Eidgenossenschaft Confédération suisse Confederazione Svizzera Confederaziun svizra Bundesamt für Bevölkerungsschutz BABS LABOR SPIEZ www.labor-spiez.ch
