JP2020031592A - Methods, devices and programs for identifying microorganisms - Google Patents

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Abstract

To provide methods, devices and programs for quickly and simply identifying seven species of the genus Cronobacter.SOLUTION: The method for identifying microorganism of the invention comprises a step of extracting mass-to-charge ratios of peaks derived from biomarkers in a mass spectrum obtained by conducting mass spectrometry to a sample, and a step of identifying Cronobacter species contained in the sample on the basis of the mass-to-charge ratios, where ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as the biomarkers.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、微生物の識別方法、微生物の識別装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a microorganism identification method, a microorganism identification device, and a program.

クロノバクター属菌は、7菌種存在し、乳児クロノバクター感染症の原因菌として知られている。いくつかの事例において、疫学調査により、乳児用調製粉乳(粉ミルク)がクロノバクター属菌の感染源であることが報告されている。そのため、粉ミルクにはクロノバクター属菌に関するコーデックス規格が設定されている。   There are seven species of Chronobacter spp., And they are known as causative bacteria of infant Chronobacter infection. In some cases, epidemiological studies have reported that infant formula (milk powder) is the source of infection for Chronobacter. For this reason, codex standards for Chronobacter bacteria have been set for powdered milk.

クロノバクター属菌は、乳児が感染すると、乳児に敗血症や髄膜炎などの重篤な症状を引き起こす恐れがある。そのため、クロノバクター属菌が粉ミルクの製品や製造工程から検出された場合は、製品や製造設備の周囲などの外部環境に存在する菌種を検出し、外部環境から検出された菌種と、製品や製造工程から検出された菌種とを比較することにより汚染源を調査し、迅速に対策を講じる必要がある。   Chronobacter bacteria can cause severe symptoms, such as sepsis and meningitis, in infants when they are infected. Therefore, when Chronobacter is detected from powdered milk products and manufacturing processes, it detects bacterial species that exist in the external environment such as around products and manufacturing equipment, and the bacterial species detected from the external environment and the product It is necessary to investigate the source of contamination by comparing the bacterial species detected from the plant and the manufacturing process, and to take prompt measures.

細菌などの微生物の菌種の簡便な識別手法として、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF MS)を用いたタンパク質解析法が知られている(特許文献1、特許文献2を参照)。MALDI-TOF MSを用いると、ごく微量の微生物試料を用いて短時間で分析結果を得ることができ、かつ多検体の連続分析も容易であるため、簡便かつ迅速な微生物同定が可能となる。この方法では、MALDI-TOF MSで得られたマススペクトルのピークの約半分がリボソーム関連タンパク質由来であることを利用する。所定のリボソーム関連タンパク質をバイオマーカーとし、微生物の質量分析から得たマススペクトルに現れたピークの質量電荷比を既知微生物のリボソーム関連タンパク質の計算質量(質量の理論値)と比較し、マススペクトルに現れたピークにバイオマーカーを帰属させる。そして、マススペクトルのピークに帰属したバイオマーカーを指標として、試料に含まれる微生物を識別する。   A protein analysis method using matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) is known as a simple identification method of microorganism species such as bacteria (Patent Document 1, Patent Document 1) 2). When MALDI-TOF MS is used, analysis results can be obtained in a short time using a very small amount of microorganism sample, and continuous analysis of multiple samples is easy, so that simple and rapid microorganism identification is possible. This method utilizes that about half of the peaks of the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS are derived from ribosome-related proteins. Using a given ribosome-related protein as a biomarker, compare the mass-to-charge ratio of the peak that appeared in the mass spectrum obtained from mass analysis of the microorganism with the calculated mass (theoretical value of mass) of the ribosome-related protein of a known microorganism, The biomarkers are assigned to the peaks that appear. Then, the microorganisms contained in the sample are identified using the biomarkers assigned to the peaks of the mass spectrum as indices.

特許文献1には、細胞内部から漏出させたリボソームサブユニットタンパク質のMALDI-TOF MSで得られたマススペクトルと、比較対象の細胞株のリボソームサブユニットタンパク質の質量であることが同定されたマススペクトルのデータベースと比較し、MALDI-TOF MSで得られたマススペクトルとデータベースマススペクトルの一致性を指標として細胞の種類を迅速に識別することが開示されている。特許文献1では、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)の菌種の同定や菌株分類を行っている。   Patent Literature 1 discloses a mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS of a ribosomal subunit protein leaked from the inside of a cell and a mass spectrum identified as the mass of the ribosomal subunit protein of a cell line to be compared It is disclosed that the cell type can be quickly identified by comparing the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS with the mass spectrum of the database as an index, as compared with a database of MALDI-TOF MS. In Patent Document 1, the species of Pseudomonas putida is identified and the strains are classified.

特許文献2には、リボソームタンパク質をバイオマーカーとし、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルのピークをバイオマーカーに帰属し、マススペクトルのピークに帰属したバイオマーカーを指標として大腸菌群の血清型を識別することが開示されている。   Patent Document 2 discloses that a ribosomal protein is used as a biomarker, a mass spectrum peak obtained by MALDI-TOF MS is assigned to the biomarker, and the serotype of the coliform group is identified using the biomarker assigned to the mass spectrum peak as an index. Is disclosed.

特許第4818981号公報Japanese Patent No. 4818981 特許第6238069号公報Japanese Patent No. 6238069

微生物の分類レベルによって質量に違いが出るピーク(リボソーム関連タンパク質)が異なるため、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルを用いてクロノバクター属菌を識別するためには、クロノバクター属菌の識別に利用可能なバイオマーカーを選定する必要がある。しかし、クロノバクター属菌の一部の菌種のように、互いに遺伝的にごく近縁の微生物を高い再現性で識別可能なバイオマーカーを選定するのは一般に困難であり、クロノバクター属菌の菌種の識別に好適に利用可能なバイオマーカーは未だ確立されていないのが現状である。   Since peaks (ribosome-related proteins) that differ in mass differ depending on the classification level of microorganisms, in order to identify Clonobacter bacteria using mass spectra obtained by MALDI-TOF MS, it is necessary to identify Cronobacter bacteria. It is necessary to select available biomarkers. However, it is generally difficult to select biomarkers that can identify microorganisms that are genetically closely related to each other with high reproducibility, such as some strains of the genus Chronobacter. At present, a biomarker that can be suitably used for identifying a bacterial species has not yet been established.

また、微生物の菌種同定手法として16SrRNA遺伝子解析法が広く使用されているが、クロノバクター属菌の一部の菌種は遺伝的に非常に近縁であることから全7菌種を識別できない。その他には、MLST(Multilocus Sequence Typing)法やPCR(Polymerase Chain Reaction、ポリメラーゼ連鎖反応)法によるクロノバクター属菌の菌種識別法が知られているが、いずれも操作が煩雑なため、分析に時間を要する。   Also, 16S rRNA gene analysis is widely used as a method for identifying the species of microorganisms. However, some species of the genus Chronobacter are genetically very closely related, so that all seven species cannot be identified. . Other known methods include the MLST (Multilocus Sequence Typing) method and the PCR (Polymerase Chain Reaction, PCR) method for identifying the species of Chronobacter bacteria. Takes time.

そのため、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる微生物の識別方法が求められている。   Therefore, there is a need for a method for identifying microorganisms that can quickly and easily identify seven species of Chronobacter.

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる微生物の識別方法、微生物の識別装置及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a microorganism identification method, a microorganism identification device, and a program capable of quickly and easily identifying seven species of Chronobacter. With the goal.

本発明による微生物の識別方法は、試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、前記マススペクトルから抽出する抽出ステップと、前記質量電荷比に基づいて、前記試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する識別ステップとを有し、前記バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いる。   The method for identifying microorganisms according to the present invention comprises, in a mass spectrum obtained by mass spectrometry of a sample, a mass-to-charge ratio of a peak derived from a biomarker, an extraction step of extracting from the mass spectrum, and based on the mass-to-charge ratio. Identifying the species of the genus Chronobacter included in the sample, and using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as the biomarkers.

本発明の微生物の識別装置は、試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、前記マススペクトルから抽出する抽出部と、前記質量電荷比に基づいて、前記試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する識別部とを有し、前記バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いる。   The apparatus for identifying microorganisms of the present invention is based on the mass-to-charge ratio of a peak derived from a biomarker in a mass spectrum obtained by mass analysis of a sample, and an extraction unit that extracts the mass-to-charge ratio from the mass spectrum. And an identification unit for identifying the species of the genus Clonobacter contained in the sample, and ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as the biomarkers.

本発明のプログラムは、コンピュータに上記の微生物の識別方法を実行させる。   A program of the present invention causes a computer to execute the above-described method for identifying a microorganism.

本発明によれば、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルからクロノバクター属菌の菌種を識別するので、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる。   According to the present invention, the species of Chronobacter are identified from the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS using the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as biomarkers. Bacterial species can be identified quickly and easily.

本発明の実施形態の微生物の識別装置の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the composition of the identification device of the microorganisms of the embodiment of the present invention.

本発明者は鋭意検討を重ねた結果、クロノバクター属菌の菌種(C. sakazakii、C. malonaticus、C. dublinensis、C. turicensis、C. universalis、C. condimenti及びC. muytjensiiの7菌種)を質量分析によって識別するためのバイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20が好適に利用できることを見い出し、本発明に至った。以下で説明する発明は、この知見に基づくものである。なお、以下の実施形態は説明のための単なる例示であって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、かかる実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that seven species of Cronobacter bacteria (C. sakazakii, C. malonaticus, C. dublinensis, C. turicensis, C. universalis, C. condimenti and C. muytjensii) The present inventors have found that ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 can be suitably used as a biomarker for distinguishing (1) by mass spectrometry, leading to the present invention. The invention described below is based on this finding. It should be noted that the following embodiments are merely examples for explanation, and the present invention is not limited to the following embodiments. The present invention is included in the scope of the present invention as long as it has the features of

(1)本発明の実施形態の微生物の識別装置の全体構成
図1に示すように、本実施形態の微生物の識別装置1は、質量分析部2と、識別処理部3と、表示部4を備えている。質量分析部2は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF MS)により試料の質量分析を行う質量分析装置(以下、MALDI-TOF MS装置という。)である。質量分析部2は、MALDI-TOF MSにより、試料のマススペクトルデータを得る。質量分析部2には、公知のMALDI-TOF MS装置を用いることができる。なお、試料に含まれるリボソーム関連タンパク質、特に上記のバイオマーカーのリボソーム関連物質のマススペクトルを得ることができれば、質量分析部2の構成は限定されず、例えば、他のソフトなイオン化法を用いた質量分析装置などや他の質量分析手法を用いることもできる。また、本実施形態では、「(3−2)MALDI-TOF MSによる分析」において説明する方法により作製した試料を用いている。MALDI-TOF MSによる質量分析用試料の作製方法として一般的な手法により作製した試料も、本実施形態の質量分析に用いることができる。
(1) Overall Configuration of Microorganism Identification Apparatus According to Embodiment of the Present Invention As shown in FIG. 1, a microorganism identification apparatus 1 according to this embodiment includes a mass analysis unit 2, an identification processing unit 3, and a display unit 4. Have. The mass spectrometry unit 2 is a mass spectrometer (hereinafter, referred to as a MALDI-TOF MS device) that performs mass spectrometry of a sample by matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). The mass spectrometry unit 2 obtains mass spectrum data of the sample by MALDI-TOF MS. As the mass spectrometer 2, a known MALDI-TOF MS device can be used. Note that the configuration of the mass spectrometer 2 is not limited as long as a mass spectrum of the ribosome-related protein contained in the sample, particularly the ribosome-related substance of the biomarker can be obtained. For example, another soft ionization method was used. A mass spectrometer or other mass spectrometry techniques can also be used. In the present embodiment, a sample prepared by the method described in “(3-2) Analysis by MALDI-TOF MS” is used. A sample prepared by a general method as a method for preparing a sample for mass spectrometry by MALDI-TOF MS can also be used for mass spectrometry of the present embodiment.

識別処理部3は、質量分析部2から取得したマススペクトルデータを、バイオマーカーを用いて解析し、試料に含まれている菌種を識別する。識別処理部3は、取得部5と、選択部6と、抽出部7と、識別部8と、記憶部9とを備えている。識別処理部3は、各部を個別のハードウエアとし、ハードウエアの集合体として実現してもよく、その実体をパーソナルコンピュータ(PC)やワークステーションとし、例えばPCの記憶装置としての記憶部9に保存されたプログラムによって各部の機能を実行することで実現してもよい。取得部5は、質量分析部2が試料を分析して得たマススペクトルのデータを、質量分析部2から取得し、選択部6に送出する。選択部6は、取得部5からマススペクトルデータを受け取ると、クロノバクター属菌の菌種毎に各バイオマーカーの質量の理論値が記載されたバイオマーカー質量データベースを読み出す。   The identification processing unit 3 analyzes the mass spectrum data acquired from the mass spectrometry unit 2 using the biomarkers, and identifies the bacterial species contained in the sample. The identification processing unit 3 includes an acquisition unit 5, a selection unit 6, an extraction unit 7, an identification unit 8, and a storage unit 9. The identification processing unit 3 may be realized as a set of hardware, with each unit being individual hardware, and the entity of the identification processing unit 3 may be a personal computer (PC) or a workstation, for example, in the storage unit 9 as a storage device of the PC. It may be realized by executing the function of each unit by the stored program. The acquisition unit 5 acquires mass spectrum data obtained by analyzing the sample by the mass analysis unit 2 from the mass analysis unit 2 and sends the data to the selection unit 6. Upon receiving the mass spectrum data from the acquisition unit 5, the selection unit 6 reads a biomarker mass database in which the theoretical value of the mass of each biomarker is described for each type of Clonobacter bacterium.

バイオマーカー質量データベースは、クロノバクター属菌の菌種毎に各バイオマーカーの質量の理論値を算出し、データベース化したものであり、予め記憶部9に保存されている。バイオマーカーは、上述の通り、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20であり、本実施形態では5つのバイオマーカーが用いられる。なお、バイオマーカーの質量の理論値は、同じバイオマーカーであっても、菌種によって異なる場合がある。そのため、バイオマーカー質量データベースには、菌種毎にバイオマーカーの質量の理論値を登録している。   The biomarker mass database is obtained by calculating the theoretical value of the mass of each biomarker for each species of Clonobacter genus, and is stored in a database, and is stored in the storage unit 9 in advance. As described above, the biomarkers are ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20. In the present embodiment, five biomarkers are used. Note that the theoretical value of the mass of the biomarker may differ depending on the type of bacteria even for the same biomarker. Therefore, the theoretical value of the mass of the biomarker is registered in the biomarker mass database for each bacterial species.

選択部6は、マススペクトルに現れたピークの質量電荷比(m/z)と、バイオマーカーの質量の理論値とを比較して、マススペクトルにおけるバイオマーカー由来のピークを選択する(選択ステップ)。より具体的には、選択部6は、マススペクトルデータからピークの質量電荷比を読み取り、読み取ったピークの質量電荷比と各バイオマーカーの質量の理論値を比較し、質量電荷比がバイオマーカーの質量の理論値と500ppm以内の誤差で一致したピークをバイオマーカーに帰属できたものとする。選択部6は、この作業を他のバイオマーカーについても行い、バイオマーカーに帰属できたピークをバイオマーカー由来のピークとして選択する。選択部6は、バイオマーカー由来のピークを選択したマススペクトルデータを抽出部7に送出する。   The selecting unit 6 compares the mass-to-charge ratio (m / z) of the peak appearing in the mass spectrum with the theoretical value of the mass of the biomarker, and selects a peak derived from the biomarker in the mass spectrum (selection step). . More specifically, the selection unit 6 reads the mass-to-charge ratio of the peak from the mass spectrum data, compares the mass-to-charge ratio of the read peak with the theoretical value of the mass of each biomarker, and determines the mass-to-charge ratio of the biomarker. It is assumed that a peak that coincides with the theoretical mass value with an error within 500 ppm can be assigned to the biomarker. The selecting unit 6 performs this operation for other biomarkers, and selects a peak that can be attributed to the biomarker as a peak derived from the biomarker. The selection unit 6 sends mass spectrum data in which a peak derived from a biomarker has been selected to the extraction unit 7.

抽出部7は、マススペクトルにおけるバイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、マススペクトルデータから抽出する(抽出ステップ)。より具体的には、抽出部7は、マススペクトルデータを選択部6から受け取ると、選択部6が選択したバイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、バイオマーカーと関連付けて、マススペクトルデータから抽出する。例えば、抽出部7は、バイオマーカーのリボソーム関連タンパク質の名称と当該バイオマーカーに由来するピークの質量電荷比とを関連付ける。抽出部7は、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を識別部8に送出する。   The extraction unit 7 extracts the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker in the mass spectrum from the mass spectrum data (extraction step). More specifically, upon receiving the mass spectrum data from the selection unit 6, the extraction unit 7 extracts the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker selected by the selection unit 6 from the mass spectrum data in association with the biomarker. I do. For example, the extraction unit 7 associates the name of the ribosome-related protein of the biomarker with the mass-to-charge ratio of a peak derived from the biomarker. The extraction unit 7 sends the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker to the identification unit 8.

識別部8は、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比に基づいて、試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する(識別ステップ)。識別部8は、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を受け取ると、記憶部9から上記で説明したバイオマーカー質量データベースを読み出し、MALDI-TOF MSのマススペクトルから得たバイオマーカー由来のピークの質量電荷比(バイオマーカーの質量の実測値)と、バイオマーカー質量データベースに登録されたバイオマーカーの質量の理論値とを比較する。識別部8は、バイオマーカー毎に順次比較し、質量の実測値が質量の理論値に500ppm以内の誤差で一致した菌種を候補として絞っていく。識別部8は、比較作業を繰り返していった結果、候補となる菌種が1つに絞られたとき、当該菌種を試料に含まれている菌種として識別する。識別部8は、識別した菌種を例えば液晶モニターなどでなる表示部4に表示させ、作業者に識別結果を確認させることができる。また、識別部8は、識別結果を記憶部9に記憶することもできる。このとき、図示しない入力デバイスにより、作業者が試料の名称を識別処理部3に入力し、識別部8が、試料の名前と共に識別結果を、記憶部9に記憶することもできる。   The identification unit 8 identifies the species of Clonobacter genus contained in the sample based on the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker (identification step). Upon receiving the mass-to-charge ratio of the biomarker-derived peak, the identification unit 8 reads the biomarker mass database described above from the storage unit 9 and calculates the mass of the biomarker-derived peak obtained from the MALDI-TOF MS mass spectrum. The charge ratio (actual measured value of the mass of the biomarker) is compared with the theoretical value of the mass of the biomarker registered in the biomarker mass database. The identification unit 8 sequentially compares the biomarkers, and narrows down the bacterial species whose actual measured value of the mass matches the theoretical value of the mass with an error within 500 ppm. As a result of repeating the comparison operation, when the number of candidate bacterial species is reduced to one, the identifying unit 8 identifies the bacterial species as a bacterial species included in the sample. The identification unit 8 can display the identified bacterial species on the display unit 4 including, for example, a liquid crystal monitor, and allow the operator to confirm the identification result. The identification unit 8 can also store the identification result in the storage unit 9. At this time, the operator can input the name of the sample to the identification processing unit 3 using an input device (not shown), and the identification unit 8 can store the identification result together with the sample name in the storage unit 9.

なお、作製した試料によっては、MALDI-TOF MSによる質量分析のマススペクトルにおいて、バイオマーカーのリボソーム関連タンパク質に由来するピークの内のいくつかが検出されない場合がある。しかし、本実施形態では、バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いているので、そのような場合であっても、試料に含まれるクロノバクター属菌の菌種を識別できる。また、マススペクトルにおいて、バイオマーカーに由来するピークのいくつかが検出されず、菌種の識別が難しいような場合は、同一のサンプルに対してMALDI-TOF MSによる質量分析を繰り返し行ったり、後述する試料の作製方法のタンパク質抽出液をサンプルプレートに固定する段階やタンパク質を抽出する段階まで遡って再調製した試料を用いてMALDI-TOF MSによる質量分析を行ったりして、再度、マススペクトルを得る。その結果、前回の質量分析では検出されなかったバイオマーカー由来のピークが検出され、試料に含まれている菌種の識別が可能となる。   Depending on the prepared sample, some of the peaks derived from the biomarker ribosome-related protein may not be detected in the mass spectrum of the mass spectrometry by MALDI-TOF MS. However, in the present embodiment, since the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as biomarkers, even in such a case, the species of Clonobacter genus contained in the sample is identified. it can. In addition, in the mass spectrum, some of the peaks derived from the biomarkers are not detected, and if it is difficult to identify the bacterial species, the same sample may be repeatedly subjected to mass spectrometry by MALDI-TOF MS, or described later. Mass spectrometry by MALDI-TOF MS using a sample that has been re-prepared back to the step of immobilizing the protein extract on the sample obtain. As a result, a peak derived from a biomarker that has not been detected in the previous mass spectrometry is detected, and it is possible to identify the bacterial species contained in the sample.

(2)作用及び効果
以上の構成において、微生物の識別装置1は、試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、マススペクトルから抽出し(抽出ステップ)、質量電荷比に基づいて、試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別し(識別ステップ)、バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いるように構成した。
(2) Function and Effect In the above configuration, the microorganism identifying apparatus 1 extracts a mass-to-charge ratio of a biomarker-derived peak in a mass spectrum obtained by mass analysis of a sample from the mass spectrum (extraction step). ), Identifying the species of Clonobacter genus contained in the sample based on the mass-to-charge ratio (identification step), and using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as biomarkers. did.

よって、微生物の識別装置1は、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルからクロノバクター属菌の菌種を識別するので、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる。   Therefore, the microorganism identification device 1 identifies the species of the genus Clonobacter from the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS using the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 as biomarkers. Seven species of genera can be identified quickly and easily.

(3)バイオマーカーの選定
本発明では、クロノバクター属菌7菌種のそれぞれについて、各リボソーム関連タンパク質の質量の理論値と、クロノバクター属菌7菌種の基準株のMALDI-TOF MSにより得られた各リボソーム関連タンパク質の質量電荷比とを比較することで、クロノバクター属菌7菌種を識別できるリボソーム関連タンパク質を選定し、選定したリボソーム関連タンパク質をバイオマーカーとした。以下では、バイオマーカーの選定について説明する。なお、バイオマーカーの選定に用いたクロノバクター属菌7菌種の基準株は、表1の通りである。表1中のJCMは、入手先が理化学研究所バイオリソースセンター微生物材料開発室(Japan Collection of Microorganisms)であることを意味し、LMGは、入手先がベルギー微生物保存機関(Laboratorium voor Microbiologie)であることを意味し、ATCCは、入手先がアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection)であることを意味する。
(3) Selection of biomarkers In the present invention, the theoretical value of the mass of each ribosome-related protein and the MALDI-TOF MS of the reference strain of each of the seven Chronobacter bacteria are determined for each of the seven Chronobacter bacteria. By comparing the obtained ribosome-related proteins with the mass-to-charge ratios, ribosome-related proteins capable of distinguishing seven Chronobacter bacteria were selected, and the selected ribosome-related proteins were used as biomarkers. Hereinafter, selection of the biomarker will be described. Table 1 shows the reference strains of the seven species of Chronobacter genus used for the selection of biomarkers. JCM in Table 1 means that the source is the RIKEN BioResource Center, Microbial Material Development Department (Japan Collection of Microorganisms), and LMG means that the source is the Belgian Microorganisms Preservation Organization (Laboratorium voor Microbiologie). ATCC means that the source is the American Type Culture Collection.

(3−1)リボソーム関連タンパク質の質量の理論値の算出
最初に、リボソーム関連タンパク質の質量の理論値を算出した。まず、タンパク質のアミノ酸配列が掲載された公知のデータベースUniprotKB(Universal Protein Resource Knowledgebase)から、クロノバクター属菌の各菌種のリボソーム関連タンパク質のアミノ酸配列情報を入手した。そして、スイス生物情報科学機構により提供されているプロテオミクスのサーバーExPASy (Expert Protein Analysis System)のツールCompute pI/Mw tool(アミノ酸配列から分子量を計算するソフトウエア)を利用して、クロノバクター属菌の各菌種のリボソーム関連タンパク質のアミノ酸配列からリボソーム関連タンパク質の質量の理論値を算出した。
(3-1) Calculation of theoretical value of mass of ribosome-related protein First, the theoretical value of mass of ribosome-related protein was calculated. First, the amino acid sequence information of the ribosome-related protein of each species of Chronobacter was obtained from the public database UniprotKB (Universal Protein Resource Knowledgebase) in which the amino acid sequence of the protein was published. Then, using the Compute pI / Mw tool (software that calculates the molecular weight from the amino acid sequence) of the Proteomics server ExPASy (Expert Protein Analysis System) provided by the Swiss Institute of Bioinformatics, the clonobacter spp. The theoretical value of the mass of the ribosome-related protein was calculated from the amino acid sequence of the ribosome-related protein of each bacterial species.

リボソームでの翻訳によって合成された発現タンパク質は、翻訳後の修飾により開始末端メチオニン残基が切断されることが多い。メチオニン残基は、開始末端のメチオニン残基に隣接するアミノ酸残基(末端から2番目のアミノ酸残基)がグリシン、アラニン、セリン、プロリン、バリン、スレオニン、システインのいずれかである場合に、選択的に切断されやすいことが知られている(蛋白質 核酸 酵素, Vol.40, No.4, p.389-398 (1995))。そのため、本発明では、末端から2番目のアミノ酸残基がグリシン、アラニン、セリン、プロリン、バリン、スレオニン、システインのいずれかであるリボソーム関連タンパク質は、メチオニン残基の切断を考慮するために、算出した質量の理論値から131.19Daを差し引いて、質量の理論値を補正した。また、MALDI-TOF MSで観測されるイオンは主にプロトン化分子[M+H]+であるため、本発明では、プロトンの質量1.01Daを算出した質量の理論値に加算して、質量の理論値を補正した。   In an expressed protein synthesized by ribosome translation, the starting terminal methionine residue is often cleaved by post-translational modification. The methionine residue is selected when the amino acid residue adjacent to the starting methionine residue (the second amino acid residue from the terminal) is any of glycine, alanine, serine, proline, valine, threonine, and cysteine. Is known to be easily cleaved (protein nucleic acid enzyme, Vol. 40, No. 4, p. 389-398 (1995)). Therefore, in the present invention, a ribosome-related protein in which the second amino acid residue from the terminal is glycine, alanine, serine, proline, valine, threonine, or cysteine is calculated in consideration of cleavage of methionine residues. The theoretical mass value was corrected by subtracting 131.19 Da from the calculated theoretical mass value. In addition, since the ions observed by MALDI-TOF MS are mainly protonated molecules [M + H] +, in the present invention, the mass 1.01 Da of the proton is added to the calculated theoretical value of the mass to obtain the theoretical value of the mass. Values were corrected.

(3−2)MALDI-TOF MSによる分析
続いて、MALDI-TOF MSにより、クロノバクター属菌の基準株を試料として質量分析し、マススペクトルを得た。ここでは、C. sakazakiiの基準株の質量分析を行う場合を例としてMALDI-TOF MSによりマススペクトルを得る方法を説明するが、バイオマーカーとしたリボソーム関連タンパク質の分子量関連ピークを観測する手法は他にも多く知られており、以下の方法はあくまでも典型例であって、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではない。
(3-2) Analysis by MALDI-TOF MS Subsequently, mass analysis was performed by MALDI-TOF MS using a reference strain of the genus Clonobacter as a sample to obtain a mass spectrum. Here, a method of obtaining a mass spectrum by MALDI-TOF MS will be described by taking mass spectrometry of a reference strain of C. sakazakii as an example. The following methods are only typical examples, and the scope of the present invention is not limited thereto.

まず、トリプチケースソイ寒天培地(TSA:Trypticase Soy Agar、BD(BBL)社製)にC. sakazakiiの基準株を塗抹し、37℃で24時間培養した。次に、培地に生育したC. sakazakiiのコロニーを培地の半分程度回収し、超純水(ミリQ水)300μlに懸濁した。懸濁液に、残留農薬・PCB試験用エタノール(富士フイルム和光純薬社製)900μlを添加し、混合後、遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、2min、25℃)した。上清を除去し、同じ条件で再度遠心分離した。上清を除去して得られた沈殿を、高濃度のぎ酸(特級、富士フイルム和光純薬社製)を用いて調製した濃度70%のぎ酸溶液70μlに懸濁し、残留農薬・PCB試験用アセトニトリル(富士フイルム和光純薬社製)70μlを添加した後、懸濁液を混合した。懸濁液を遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、2min、25℃)し、その上清をタンパク質抽出液とした。なお、基準株の培養条件やリボソーム関連タンパク質の抽出手法は、上記に限定されず、最終的にリボソーム関連タンパク質の分子量関連ピークを観測するのに充分な量のリボソーム関連タンパク質を細胞内部から取り出すことができればよく、従来公知の培養方法やリボソーム関連タンパク質の抽出・精製方法を任意に用いてもよい。   First, a reference strain of C. sakazakii was spread on a trypticase soy agar medium (TSA: Trypticase Soy Agar, BD (BBL)) and cultured at 37 ° C. for 24 hours. Next, about half of the C. sakazakii colonies grown on the medium were collected and suspended in 300 μl of ultrapure water (Milli-Q water). To the suspension, 900 μl of ethanol for residual agricultural chemicals / PCB test (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, mixed, and centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 2 min, 25 ° C.). The supernatant was removed and centrifuged again under the same conditions. The precipitate obtained by removing the supernatant was suspended in 70 μl of a 70% formic acid solution prepared using high-concentration formic acid (special grade, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Co., Ltd.), and tested for residual agricultural chemicals and PCB. After adding 70 μl of acetonitrile for use (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), the suspension was mixed. The suspension was centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 2 min, 25 ° C.), and the supernatant was used as a protein extract. The culture conditions of the reference strain and the method of extracting the ribosome-related protein are not limited to the above, and a sufficient amount of the ribosome-related protein to finally observe the molecular weight-related peak of the ribosome-related protein is taken out from the inside of the cell. And any conventionally known culture method or ribosome-related protein extraction / purification method may be used.

マトリックス剤としてシナピン酸を用い、シナピン酸(富士フイルム和光純薬社製)10mgを、1%の濃度でトリフルオロ酢酸(特級、富士フイルム和光純薬社製)を含む50%の濃度のアセトニトリル溶液に溶解してマトリックス剤溶液を調製した。MALDI-TOF測定用のサンプルプレートに、このマトリックス剤溶液を1μl滴下し、風乾した。その後、マトリックス剤溶液を滴下したサンプルプレートの領域に、タンパク質抽出液を1μl滴下し、乾燥させた。その後、タンパク質抽出液を滴下した領域に再度マトリックス剤溶液を1μl滴下し、乾燥させて、C. sakazakii基準株の試料を得た。なお、MALDI-TOFMS測定のための試料調製手法は上記に限定されず、従来公知のタンパク質のMALDI-TOFMS測定で用いられる試料調製法に従って行えばよい。上記ではマトリックス剤としてシナピン酸を用いたが、CHCA(α-cyano-4-hydroxycinnamic acid)などを用いることもできる。   Using a sinapinic acid as a matrix agent, a 50% acetonitrile solution containing 10 mg of sinapinic acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical) and trifluoroacetic acid (special grade, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical) at a concentration of 1%. To prepare a matrix agent solution. 1 μl of this matrix agent solution was dropped on a sample plate for MALDI-TOF measurement and air-dried. Thereafter, 1 μl of the protein extract was dropped on the region of the sample plate where the matrix agent solution was dropped, and dried. Thereafter, 1 μl of the matrix agent solution was again dropped into the region where the protein extract was dropped, and dried to obtain a sample of the C. sakazakii reference strain. The sample preparation method for MALDI-TOFMS measurement is not limited to the above, and may be performed according to a conventionally known sample preparation method used in MALDI-TOFMS measurement of proteins. In the above, sinapinic acid was used as the matrix agent, but CHCA (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid) or the like can also be used.

測定には、MALDI-TOF MS装置として、autoflex speed(Bruker社製)を用い、測定用ソフトウエアとして、装置に付属するflex controlを用いた。測定用ソフトウエアにおいて、ポジティブリニアモードを選択し、スペクトルレンジをm/z3000〜20000に設定して作製した試料の質量分析を実施し、C. sakazakii基準株のマススペクトルを得た。マススペクトルの解析には、装置付属の解析用ソフトウエアflex analysisを用いた。解析では、シグナル対ノイズ(S/N)比が3以上、相対強度の閾値(Relative Intensity Threshold)が1%以上のピークを対象とし、C. sakazakii基準株のマススペクトルデータから当該ピークの質量電荷比を読み取り、読み取ったピークの質量電荷比とC. sakazakii基準株のリボソーム関連タンパク質の質量の理論値を比較した。そして、ピークの質量電荷比がC. sakazakii基準株のリボソーム関連タンパク質の質量の理論値と500ppm以内の誤差で一致したピークに当該リボソーム関連タンパク質を帰属できたものとし、マススペクトルのピークにリボソーム関連タンパク質を帰属させた。この結果を、リボソーム関連タンパク質の質量の理論値と共に、表2に示す。表2では、C. sakazakiiとC. malonaticusについて示している。表2中のグレーの箇所は、当該リボソーム関連タンパク質に該当するピークが観察されなかったことを意味する。なお、単位は[Da]である。この作業を、クロノバクター属菌のすべての菌種の基準株に対して行った。なお、マススペクトルの取得・解析手法は上記に限定されず、従来公知の装置・測定モード・スペクトルレンジ・解析用ソフトウエア・S/N比・相対強度などを適宜選択・組み合わせればよい。   For the measurement, an autoflex speed (manufactured by Bruker) was used as a MALDI-TOF MS apparatus, and a flex control attached to the apparatus was used as measurement software. In the measurement software, the positive linear mode was selected, and the mass spectrum of the sample prepared by setting the spectrum range to m / z 3000 to 20000 was performed to obtain a mass spectrum of the C. sakazakii reference strain. For analysis of the mass spectrum, analysis software flex analysis attached to the apparatus was used. In the analysis, peaks having a signal-to-noise (S / N) ratio of 3 or more and a relative intensity threshold (Relative Intensity Threshold) of 1% or more were targeted. From the mass spectrum data of the C. sakazakii reference strain, the mass charge of the peak was determined. The ratio was read, and the mass-to-charge ratio of the read peak was compared with the theoretical value of the mass of the ribosome-related protein of the C. sakazakii reference strain. Then, it is assumed that the ribosome-related protein can be assigned to the peak whose mass-to-charge ratio matches the theoretical value of the mass of the ribosome-related protein of the C. sakazakii reference strain with an error within 500 ppm, and the ribosome-related protein is assigned to the peak of the mass spectrum. The protein was assigned. The results are shown in Table 2 together with theoretical values of the mass of the ribosome-related protein. Table 2 shows C. sakazakii and C. malonaticus. The gray spots in Table 2 indicate that no peak corresponding to the ribosome-related protein was observed. The unit is [Da]. This operation was performed on reference strains of all strains of the genus Clonobacter. Note that the method of acquiring and analyzing the mass spectrum is not limited to the above, and any conventionally known apparatus, measurement mode, spectrum range, analysis software, S / N ratio, relative intensity, and the like may be appropriately selected and combined.

(3−3)バイオマーカーの選定
クロノバクター属菌の菌種毎に算出された各リボソーム関連タンパク質の質量の理論値と、各菌種の基準株の質量分析結果から得られた各リボソーム関連タンパク質に帰属したピークの質量電荷比とを用いて、クロノバクター属菌の菌種を識別できるバイオマーカーとなるリボソーム関連タンパク質を探索した。その結果、5個のリボソーム関連タンパク質(L32、L25、L24、RaiA及びL20)の質量パターン(質量の理論値のパターン)からクロノバクター属菌の基準株7菌種を識別できることがわかり、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして選定した。リボソーム関連タンパク質によっては質量分析のマススペクトルにおいてピークとして観測されにくいものもあるため、これら5個のバイオマーカーを組み合わせることでクロノバクター属菌の菌種の識別が可能となった。
(3-3) Selection of biomarker The theoretical value of the mass of each ribosome-related protein calculated for each species of Clonobacter genus, and each ribosome-related protein obtained from the mass spectrometry result of the reference strain of each strain Using the mass-to-charge ratio of the peak attributed to, a ribosome-related protein serving as a biomarker capable of identifying the species of Chronobacter was searched. As a result, it was found that seven reference strains of the genus Clonobacter can be distinguished from the mass patterns (patterns of theoretical mass values) of the five ribosome-related proteins (L32, L25, L24, RaiA, and L20). Proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 were selected as biomarkers. Some ribosome-related proteins are hardly observed as peaks in mass spectrometry of mass spectrometry. Therefore, combining these five biomarkers made it possible to identify the species of the genus Clonobacter.

菌種毎のバイオマーカーの質量の理論値と、各基準株の質量分析結果から得られたバイオマーカーの質量電荷比、すなわち、バイオマーカーの質量の実測値とを表3に示す。表3中には、同一のリボソーム関連タンパク質において、ローマ数字と質量の理論値が記載された菌種と、ローマ数字のみが記載された菌種とがある。表3では、同一のリボソーム関連タンパク質において、同じローマ数字が付された菌種は質量の理論値が同じことを意味している。例えば、C. malonaticusのL32の欄は、ローマ数字のIが記載されている。これは、C. malonaticusのL32の質量の理論値が、C. sakazakiiのL32の質量の理論値と同じ値であることを意味している。また、「登録なし」と記載されている場合は、登録なしの欄に対応する菌種とリボソーム関連タンパク質のアミノ酸配列が、アミノ酸配列のデータベース(UniprotKB)に登録されておらず、質量の理論値が計算できなかったことを意味している。また、空欄は、マススペクトルに現れたピークに、当該リボソーム関連タンパク質に対応するピークがなかったことを意味している。上記の「(1)本発明の実施形態の微生物の識別装置の全体構成」で説明した、マススペクトルのピークへのバイオマーカーの帰属及び試料に含まれる菌種の識別に用いたバイオマーカー質量データベースは、例えば、質量の理論値を示した表3の表であり、菌種毎に、各バイオマーカーの質量の理論値をまとめたものである。   Table 3 shows the theoretical value of the mass of the biomarker for each bacterial species and the mass-to-charge ratio of the biomarker obtained from the mass spectrometry results of each reference strain, that is, the measured value of the mass of the biomarker. In Table 3, for the same ribosome-related protein, there are bacterial strains in which Roman numerals and theoretical values of mass are described, and bacterial species in which only Roman numerals are described. In Table 3, in the same ribosome-related protein, the bacterial species with the same Roman numeral means that the theoretical mass value is the same. For example, the column L32 of C. malonaticus describes the Roman numeral I. This means that the theoretical value of the mass of L32 of C. malonaticus is the same as the theoretical value of the mass of L32 of C. sakazakii. If "No registration" is described, the amino acid sequence of the bacterial species and ribosome-related protein corresponding to the column of no registration is not registered in the amino acid sequence database (UniprotKB), and the theoretical mass Means that could not be calculated. A blank column means that there was no peak corresponding to the ribosome-related protein among the peaks appearing in the mass spectrum. The biomarker mass database used for the attribution of the biomarker to the peak of the mass spectrum and the identification of the bacterial species contained in the sample, as described in the above “(1) Overall configuration of the apparatus for identifying a microorganism according to the embodiment of the present invention” Is a table of Table 3 showing, for example, the theoretical value of the mass, and summarizes the theoretical value of the mass of each biomarker for each bacterial species.

(3−4)バイオマーカーの検証
バイオマーカーの検証として、表3に示した各基準株の質量分析結果から得られた質量電荷比を利用して、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして基準株7菌種を識別できるか検証した。
(3-4) Verification of biomarker As verification of the biomarker, the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and the like were evaluated using the mass-to-charge ratio obtained from the mass spectrometry results of each reference strain shown in Table 3. It was verified whether L20 can be used as a biomarker to identify seven reference strains.

まず、C. sakazakiiのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC.sakazakiiであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. sakazakiiのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIの質量に一致するので、菌種をC. sakazakiiとC. condimentiに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. sakazakiiのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIの質量に一致する。よって、C. sakazakiiのデータの菌種がC. sakazakiiであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20とL25を用いて7菌種からC. sakazakiiを識別したが、例えば、L25に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、L24に相当するピークが検出されていれば、C. sakazakiiとC. condimentiとではL24の理論値が異なるので、L20とL24を用いてC. sakazakiiを識別することができた。   First, using the data of C. sakazakii, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify the bacterial species contained in the sample as C. sakazakii. When the theoretical value of the biomarker L20 was compared with the mass-to-charge ratio of L20 of C. sakazakii, it coincided with the theoretical mass of I, so that the bacterial species could be narrowed down to C. sakazakii and C. condimenti. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 is compared with the mass-to-charge ratio of L.25 of C. sakazakii, it matches the theoretical mass of I. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. sakazakii was C. sakazakii. In this case, C. sakazakii was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L20 and L25. For example, even when no peak corresponding to L25 was detected, a peak corresponding to L24 was detected. Then, since the theoretical value of L24 is different between C. sakazakii and C. condimenti, C. sakazakii could be identified using L20 and L24.

次に、C. malonaticusのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. malonaticusであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. malonaticusのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIIの質量に一致する。よって、C. malonaticusのデータの菌種がC. malonaticusであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20を用いて7菌種からC. malonaticusを識別したが、例えば、L20に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、C. malonaticusはRaiAの理論値が他の6菌種と異なるので、RaiAを用いてC. malonaticusを識別することができた。   Next, using the data of C. malonaticus, it was verified whether the biomarker of the present invention can identify that the bacterial species contained in the sample is C. malonaticus. When the theoretical value of the biomarker L20 is compared with the mass-to-charge ratio of L20 of C. malonaticus, it matches the theoretical value of II. Therefore, it was possible to identify that the species of the data of C. malonaticus was C. malonaticus. In this case, C. malonaticus was identified from the seven bacterial species using the biomarker L20. For example, even if no peak corresponding to L20 was detected, C. malonaticus showed that the theoretical value of RaiA was different from that of other species. Since it is different from the 6 bacterial species, C. malonaticus could be identified using RaiA.

次いで、C. dublinensisのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. dublinensisであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. dublinensisのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIIIの質量に一致するので、菌種をC. dublinensisとC. universalisとC. muytjensiiに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. dublinensisのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIIに一致する。よって、C. dublinensisのデータの菌種がC. dublinensisであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20とL25を用いて7菌種からC. dublinensisを識別したが、例えば、L20に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、バイオマーカーのRaiAとL25を用いてC. dublinensisを識別できた。具体的には、RaiAの理論値と、C. dublinensisのRaiAの質量電荷比を比較することで、菌種をC. sakazakiiとC. dublinensisとC. muytjensiiに絞ることができ、その後、L25の理論値と、C. dublinensisのL25の質量電荷比を比較することで、C. dublinensisを識別することができた。   Next, using the data of C. dublinensis, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the strain contained in the sample was C. dublinensis. When comparing the theoretical value of the biomarker L20 with the mass-to-charge ratio of L20 of C. dublinensis, it matches the theoretical value of III, so that it is possible to narrow down the bacterial species to C. dublinensis, C. universalis, and C. muytjensii. did it. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 is compared with the mass-to-charge ratio of the C. dublinensis L25, it matches the theoretical value II. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. dublinensis was C. dublinensis. In this case, C. dublinensis was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L20 and L25. For example, even when no peak corresponding to L20 was detected at all, the biomarkers RaiA and L25 were used. C. dublinensis could be identified. Specifically, by comparing the theoretical value of RaiA with the mass-to-charge ratio of RaiA of C. dublinensis, the bacterial species can be narrowed down to C. sakazakii, C. dublinensis, and C. muytjensii. C. dublinensis could be identified by comparing the theoretical value with the mass-to-charge ratio of L.25 of C. dublinensis.

続いて、C. turicensisのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. turicensisであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL24の理論値と、C. turicensisのL24の質量電荷比を比較すると、理論値のIIの質量に一致するので、菌種をC. turicensisとC. universalisに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. turicensisのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIIに一致する。よって、C. turicensisのデータの菌種がC. turicensisであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL24とL25を用いて7菌種からC. turicensisを識別したが、例えば、L24に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、バイオマーカーのL32とL25を用いてC. turicensisを識別できた。具体的には、L32の理論値と、C. turicensisのL32の質量電荷比を比較することで、菌種をC. turicensisとC. universalisに絞ることができ、その後、L25の理論値と、C. turicensisのL25の質量電荷比を比較することで、C. turicensisを識別することができた。   Subsequently, using the data of C. turicensis, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the bacterial species contained in the sample was C. turicensis. When the theoretical value of the biomarker L24 was compared with the mass-to-charge ratio of L.24 of C. turicensis, it coincided with the theoretical value of mass II, so that the bacterial species could be narrowed down to C. turicensis and C. universalis. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 and the mass-to-charge ratio of L25 of C. turicensis are compared, they agree with the theoretical value of II. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. turicensis was C. turicensis. In this case, C. turicensis was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L24 and L25. For example, even when no peak corresponding to L24 was detected, the biomarkers L32 and L25 were used. C. turicensis could be identified. Specifically, by comparing the theoretical value of L32 with the mass-to-charge ratio of L.32 of C. turicensis, the bacterial species can be narrowed down to C. turicensis and C. universalis, and then the theoretical value of L25, By comparing the mass-to-charge ratio of C. turicensis L25, C. turicensis could be identified.

次いで、C. universalisのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. universalisであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL24の理論値と、C. universalisのL24の質量電荷比を比較すると、理論値のIIの質量に一致するので、菌種をC. universalisとC. turicensisに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. universalisのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIに一致する。よって、C. universalisのデータの菌種がC. universalisであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL24とL25を用いて7菌種からC. universalisを識別したが、例えば、L24に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、バイオマーカーのL32とL25を用いてC. universalisを識別できた。また、L25に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、 C. universalisはRaiAの理論値が他の6菌種と異なるので、RaiAを用いてC. universalisを識別することができた。さらに、今回のケースでC. universalisとC. turicensisのL20に相当するピークが検出されていれば、L32とL20、又は、L24とL20を用いてC. universalisを識別できた。   Next, using the data of C. universalis, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the bacterial species contained in the sample was C. universalis. When the theoretical value of the biomarker L24 was compared with the mass-to-charge ratio of L.24 of C. universalis, it coincided with the theoretical value of mass II, so that the bacterial species could be narrowed down to C. universalis and C. turicensis. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 is compared with the mass-to-charge ratio of L.25 of C. universalis, it matches the theoretical value I. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. universalis was C. universalis. In this case, C. universalis was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L24 and L25. For example, even when no peak corresponding to L24 was detected, the biomarkers L32 and L25 were used. C. universalis could be identified. Even when no peak corresponding to L25 was detected, C. universalis was able to identify C. universalis using RaiA because the theoretical value of RaiA was different from the other six strains. Furthermore, if a peak corresponding to L20 of C. universalis and C. turicensis was detected in this case, C. universalis could be identified using L32 and L20 or L24 and L20.

続いて、C. condimentiのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. condimentiであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. condimentiのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIの質量に一致するので、菌種をC. condimentiとC. sakazakiiに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. condimentiのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIIに一致する。よって、C. condimentiのデータの菌種がC. condimentiであることが識別できた。なお、今回は、C. condimentiのL24に相当するピークが検出されなかったため、バイオマーカーのL20とL25を用いて7菌種からC. condimentiを識別したが、例えば、L20及びL25に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、L24に相当するピークが検出されれば、C. condimentiはL24の理論値が他の6菌種と異なるので、L24を用いてC. condimentiを識別することができた。   Subsequently, using the data of C. condimenti, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the strain contained in the sample was C. condimenti. When the theoretical value of the biomarker L20 and the mass-to-charge ratio of L20 of C. condimenti were compared with each other, they matched the theoretical value of I, so that the bacterial species could be narrowed down to C. condimenti and C. sakazakii. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 and the mass-to-charge ratio of L.25 of C. condimenti are compared, they agree with the theoretical value II. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. condimenti was C. condimenti. In this case, since no peak corresponding to L.24 of C. condimenti was detected, C. condimenti was identified from seven bacterial species using biomarkers L20 and L25. For example, peaks corresponding to L20 and L25 were detected. Even if no was detected, if a peak corresponding to L24 was detected, the theoretical value of L.24 was different from the other six strains, so it was possible to identify C. condimenti using L24. did it.

最後に、C. muytjensiiのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって含まれている菌種がC. muytjensiiであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. muytjensiiのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIIIの質量に一致するので、菌種をC. muytjensiiとC. dublinensisとC. universalisに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. muytjensiiのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIに一致するので、菌種をC. muytjensiiとC. universalisに絞ることができた。バイオマーカーL24の理論値と、C. muytjensiiのL24の質量電荷比を比較すると、理論値のIに一致する。よって、C. muytjensiiのデータの菌種がC. muytjensiiであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20とL25とL24を用いて7菌種からC. muytjensiiを識別したが、例えば、L24に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、C. muytjensiiとC. universalisではL32の理論値が異なるので、L24のかわりにL32を用いてC. muytjensiiを識別することができた。同様にL24のかわりにRaiAを用いてもC. muytjensiiを識別できた。   Finally, using the data of C. muytjensii, it was verified whether the strain contained in the biomarker of the present invention could be identified as C. muytjensii. Comparing the theoretical value of the biomarker L20 with the mass-to-charge ratio of L20 of C. muytjensii, which matches the theoretical mass of III, it is possible to narrow down the bacterial species to C. muytjensii, C. dublinensis, and C. universalis. did it. Next, comparing the theoretical value of the biomarker L25 with the mass-to-charge ratio of L25 of C. muytjensii, which matches the theoretical value I, the bacterial species could be narrowed down to C. muytjensii and C. universalis. A comparison of the theoretical value of the biomarker L24 with the mass-to-charge ratio of C. muytjensii L24 agrees with the theoretical value of I. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. muytjensii was C. muytjensii. In this case, C. muytjensii was identified from the seven strains using the biomarkers L20, L25 and L24. For example, even when no peak corresponding to L24 was detected, C. muytjensii and C. universalis Since the theoretical value of L32 was different, C. muytjensii could be identified using L32 instead of L24. Similarly, C. muytjensii could be identified by using RaiA instead of L24.

以上から、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして用いることで、クロノバクター属菌7菌種を識別できることを確認できた。また、本発明では、5つのリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして用いているので、菌種を識別できるバイオマーカーの組み合わせが複数存在する。そのため、本発明では、マススペクトルにおいてバイオマーカーに相当するピークが、例えば、1つ検出されなかった場合でも、他のバイオマーカーの組み合わせにより、菌種の識別を行うことができる場合がある。そのため、本発明では、他の組み合わせにより菌種を識別できる分だけ、MALDI-TOF MSによるマススペクトルを測定しなおすケースを減らすことができ、より簡便に菌種を特定できる。   From the above, it was confirmed that the use of the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 as biomarkers allowed the identification of seven species of Chronobacter genus. In the present invention, since five ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as biomarkers, there are a plurality of combinations of biomarkers capable of identifying bacterial species. Therefore, in the present invention, even when, for example, one peak corresponding to a biomarker is not detected in the mass spectrum, the bacterial species can sometimes be identified by a combination of other biomarkers. Therefore, in the present invention, the number of cases where the mass spectrum is re-measured by MALDI-TOF MS can be reduced as much as the bacterial species can be identified by other combinations, and the bacterial species can be specified more easily.

(3−5)バイオマーカーを用いた菌種識別の妥当性の検証
リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして用いて行った菌種の識別結果が妥当であるか検証した。検証は、MALDI-TOF MSの結果からバイオマーカーを用いて菌種を識別する本発明の手法による識別結果と、クロノバクター属菌7菌種をすべて識別できるとされている遺伝子解析手法であるMultilocus Sequence Typing(MLST)法による識別結果とを比較することで行った。MLST法は、真菌及び細菌の株型別を行う分子疫学的解析方法であり、解析する遺伝子の内、fusAの塩基配列を比較することでクロノバクター属菌7菌種を識別できるとされている(J. Clin. Microbiol., Vol.50, No.9, p.3031-3039 (2012))。検証では、種々の環境や食品から分離されたクロノバクター属菌30株に対して、本発明の手法とMLST方法とにより菌種の識別を行った。
(3-5) Verification of validity of bacterial species identification using biomarkers It was verified whether the results of bacterial species identification performed using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 as biomarkers were valid. . The verification was carried out using the results of MALDI-TOF MS to identify the species using biomarkers according to the method of the present invention, and the gene analysis method Multilocus, which is said to be able to identify all seven species of Chronobacter. This was performed by comparing the results with the identification results obtained by the Sequence Typing (MLST) method. The MLST method is a molecular epidemiological analysis method for classifying fungal and bacterial strains. It is said that among the genes to be analyzed, seven species of Clonobacter genus can be identified by comparing the nucleotide sequence of fusA. (J. Clin. Microbiol., Vol. 50, No. 9, p. 3031-3039 (2012)). In the verification, the strains of 30 species of Clonobacter genus isolated from various environments and foods were identified by the method of the present invention and the MLST method.

本発明の手法による菌種の識別は、上記で説明した方法と同じであるので、説明は省略する。ここでは、MLST法による各菌株のfusA遺伝子の塩基配列の解析方法について、クロノバクター属菌30株から選んだ1株をMLST法により識別する場合を例として説明する。まず、選択したクロノバクター属菌の菌株を培養した。そして、培養したクロノバクター属菌からDNAを抽出した。遺伝子抽出用試薬PrepMan Ultra(Applied Biosystems社製)100μlに、培養したクロノバクター属菌のコロニーを少量懸濁し、100℃で10分加熱処理した。その後、遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、3分、25℃)し、上清をDNA抽出液として得た。   Since the identification of the bacterial species by the method of the present invention is the same as the method described above, the description will be omitted. Here, a method of analyzing the base sequence of the fusA gene of each strain by the MLST method will be described by taking as an example a case where one strain selected from 30 strains of Chronobacter is identified by the MLST method. First, the selected strain of Chronobacter was cultured. Then, DNA was extracted from the cultured Chronobacter bacterium. A small amount of a cultured colony of Chronobacter was suspended in 100 μl of a gene extraction reagent PrepMan Ultra (manufactured by Applied Biosystems) and heat-treated at 100 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 3 minutes, 25 ° C.), and the supernatant was obtained as a DNA extract.

DNA抽出液に抽出されたクロノバクター属菌のDNAに対してプライマー(Forward-GAAACCGTATGGCGTCAG、Reverse-AGAACCGAAGTGCAGACG)を用いて遺伝子領域fusAの増幅反応を行った。増幅産物をillustra GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit(GE Healthcare社製)を用いて精製後、プライマー(Forward-GCTGGATGCGGTAATTGA、Reverse-CCCATACCAGCGATGATG)を用いてサイクルシーケンス反応を実施した。増幅反応及びサイクルシーケンス反応の条件(PCR条件)は表4の通りである。   Amplification reaction of the gene region fusA was carried out on the DNA of the genus Clonobacter extracted in the DNA extract using primers (Forward-GAAACCGTATGGCGTCAG, Reverse-AGAACCGAAGTGCAGACG). After the amplification product was purified using illustra GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare), a cycle sequence reaction was performed using primers (Forward-GCTGGATGCGGTAATTGA, Reverse-CCCATACCAGCGATGATG). Table 4 shows the conditions of the amplification reaction and the cycle sequence reaction (PCR conditions).

サイクルシーケンス反応により得た増幅産物を、DyeEx 2.0 Spin Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した後、シーケンサーによりfusAの塩基配列を解析した。得られた塩基配列をMLST解析用のデータベースPubMLSTに入力し、fusAの塩基配列パターンから菌種の識別を行った。この作業を、他のクロノバクター属菌に対しても行い、クロノバクター属菌30株すべての菌種を識別した。本発明の手法による解析結果と、MLST法による解析結果を表5に示す。   After the amplification product obtained by the cycle sequence reaction was purified using DyeEx 2.0 Spin Kit (manufactured by QIAGEN), the nucleotide sequence of fusA was analyzed by a sequencer. The obtained nucleotide sequence was input to the MLST analysis database PubMLST, and the bacterial species was identified from the nucleotide sequence pattern of fusA. This operation was performed for other Chronobacter bacteria, and all 30 strains of Chronobacter were identified. Table 5 shows the analysis results by the method of the present invention and the analysis results by the MLST method.

表5では、MALDI-TOF MSにより観測され、バイオマーカーが帰属されたピークの質量電荷比も示している。表5中のMALDIという行が、本発明の手法による識別結果を示し、MLSTという行が、MLST法による識別結果を示している。表5に示すように、本発明の手法による識別結果が、全てMLST法による識別結果と一致した。よって、本発明の手法によるクロノバクター属菌7菌種の識別結果が妥当であることが確認できた。   Table 5 also shows the mass-to-charge ratio of the peak observed by MALDI-TOF MS and to which the biomarker was assigned. The line “MALDI” in Table 5 shows the identification result by the method of the present invention, and the line “MLST” shows the identification result by the MLST method. As shown in Table 5, the identification results obtained by the method of the present invention all matched the identification results obtained by the MLST method. Thus, it was confirmed that the results of the identification of the seven species of Chronobacter by the method of the present invention were appropriate.

なお、菌株によっては、帰属するピークが観測されなかったバイオマーカーがあった。しかし、他のバイオマーカーの質量パターンを組み合わせることで、検証に用いたクロノバクター属菌30株の菌種を1菌種に絞ることができた。例えば、B-1391では、バイオマーカーL32、L25、L24のピークが観測されなかったが、RaiA(m/z 12788.6)のピークにより、菌種をC. universalisと同定することができた。検証に用いたクロノバクター属菌30株は、C. sakazakii23株、C. malonaticus3株、C. universalis2株、C. turicensis1株、C. dublinensis1株と識別された。   In some strains, there were biomarkers for which no assigned peak was observed. However, by combining the mass patterns of the other biomarkers, it was possible to narrow down the species of the 30 strains of Clonobacter genus used for verification to one species. For example, in B-1391, the peaks of biomarkers L32, L25, and L24 were not observed, but the bacterial species could be identified as C. universalis by the peak of RaiA (m / z 12788.6). The 30 strains of Clonobacter bacteria used for the verification were identified as 23 strains of C. sakazakii, 3 strains of C. malonaticus, 2 strains of C. universalis, 1 strain of C. turicensis, and 1 strain of C. dublinensis.

(4)比較例
比較例として、微生物の同定手法としてよく用いられている16S rRNA遺伝子解析(500 bp)によりクロノバクター属菌の基準株7菌種を識別する実験を行った。
(4) Comparative Example As a comparative example, an experiment was performed to identify seven reference strains of the genus Clonobacter by 16S rRNA gene analysis (500 bp) which is often used as a microorganism identification technique.

まず、クロノバクター属菌の基準株をそれぞれ培養した。次いで、遺伝子抽出用試薬PrepMan Ultra(Applied Biosystems社製)100μlに、培養したクロノバクター属菌の基準株のコロニーを少量懸濁し、100℃で10分加熱処理した。その後、遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、3分、25℃)し、上清をDNA抽出液として得た。   First, reference strains of the genus Clonobacter were each cultured. Next, a small amount of a cultured colony of a standard strain of Clonobacter was suspended in 100 μl of a gene extraction reagent PrepMan Ultra (manufactured by Applied Biosystems), and heat-treated at 100 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 3 minutes, 25 ° C.), and the supernatant was obtained as a DNA extract.

得られたDNA抽出液について、FAST MicroSeq 500 16S rDNA PCR Kit(Applied Biosystems社製)を用いて、クロノバクター属菌から抽出したDNAの16S rRNA遺伝子領域の増幅を行った。増幅産物をGFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit(GE Healthcare)を用いて精製後、MicroSeq 500 16S rDNA Bacterial Sequencing Kit(Applied Biosystems社製)を用いてサイクルシーケンス反応を行った。増幅反応及びサイクルシーケンス反応の条件(PCR条件)は表6の通りである。   Using the FAST MicroSeq 500 16S rDNA PCR Kit (Applied Biosystems), the obtained DNA extract was used to amplify the 16S rRNA gene region of the DNA extracted from the genus Clonobacter. After the amplification product was purified using GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare), a cycle sequence reaction was performed using MicroSeq 500 16S rDNA Bacterial Sequencing Kit (Applied Biosystems). Table 6 shows the conditions of the amplification reaction and the cycle sequence reaction (PCR conditions).

サイクルシーケンス反応により得た増幅産物をDyeEx 2.0 Spin Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した後、シーケンサー(ABI PRISMジェネティックアナライザー3500xL、Applied Biosystems社製)によりクロノバクター属菌から抽出したDNAの塩基配列を解析した。データベースEZ taxonに解析した塩基配列を入力し、相同性が99%以上の菌種を基準株の菌種として識別した。この作業を他の基準株に対しても行った。その結果、表7に示すように、C. sakazakii及びC. malonaticusでは、どちらの基準株の識別結果も相同性が99%以上となり、C. sakazakiiとC. malonaticusとを識別することができなかった。また、C. turicensis及びC. universalisについても、どちらの基準株の識別結果も相同性が99%以上となり、C. turicensisとC. universalisとを識別することができなかった。   After purifying the amplification product obtained by the cycle sequence reaction using the DyeEx 2.0 Spin Kit (manufactured by QIAGEN), the nucleotide sequence of DNA extracted from the genus Chronobacter by a sequencer (ABI PRISM Genetic Analyzer 3500xL, manufactured by Applied Biosystems) Was analyzed. The analyzed nucleotide sequence was input to the database EZ taxon, and strains having a homology of 99% or more were identified as strains of the reference strain. This was done for the other reference stocks. As a result, as shown in Table 7, in C. sakazakii and C. malonaticus, the homology of both reference strains was 99% or more, and C. sakazakii and C. malonaticus could not be distinguished from each other. Was. In addition, for C. turicensis and C. universalis, the homology of both reference strains was 99% or more, and C. turicensis and C. universalis could not be distinguished.

1 識別装置
2 質量分析部
3 識別処理部
4 表示部
5 取得部
6 選択部
7 抽出部
8 識別部
9 記憶部

REFERENCE SIGNS LIST 1 identification device 2 mass analysis unit 3 identification processing unit 4 display unit 5 acquisition unit 6 selection unit 7 extraction unit 8 identification unit 9 storage unit

本発明は、微生物の識別方法、微生物の識別装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a microorganism identification method, a microorganism identification device, and a program.

クロノバクター属菌は、7菌種存在し、乳児クロノバクター感染症の原因菌として知られている。いくつかの事例において、疫学調査により、乳児用調製粉乳(粉ミルク)がクロノバクター属菌の感染源であることが報告されている。そのため、粉ミルクにはクロノバクター属菌に関するコーデックス規格が設定されている。   There are seven species of Chronobacter spp., And they are known as causative bacteria of infant Chronobacter infection. In some cases, epidemiological studies have reported that infant formula (milk powder) is the source of infection for Chronobacter. For this reason, codex standards for Chronobacter bacteria have been set for powdered milk.

クロノバクター属菌は、乳児が感染すると、乳児に敗血症や髄膜炎などの重篤な症状を引き起こす恐れがある。そのため、クロノバクター属菌が粉ミルクの製品や製造工程から検出された場合は、製品や製造設備の周囲などの外部環境に存在する菌種を検出し、外部環境から検出された菌種と、製品や製造工程から検出された菌種とを比較することにより汚染源を調査し、迅速に対策を講じる必要がある。   Chronobacter bacteria can cause severe symptoms, such as sepsis and meningitis, in infants when they are infected. Therefore, when Chronobacter is detected from powdered milk products and manufacturing processes, it detects bacterial species that exist in the external environment such as around products and manufacturing equipment, and the bacterial species detected from the external environment and the product It is necessary to investigate the source of contamination by comparing the bacterial species detected from the plant and the manufacturing process, and to take prompt measures.

細菌などの微生物の菌種の簡便な識別手法として、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF MS)を用いたタンパク質解析法が知られている(特許文献1、特許文献2を参照)。MALDI-TOF MSを用いると、ごく微量の微生物試料を用いて短時間で分析結果を得ることができ、かつ多検体の連続分析も容易であるため、簡便かつ迅速な微生物同定が可能となる。この方法では、MALDI-TOF MSで得られたマススペクトルのピークの約半分がリボソーム関連タンパク質由来であることを利用する。所定のリボソーム関連タンパク質をバイオマーカーとし、微生物の質量分析から得たマススペクトルに現れたピークの質量電荷比を既知微生物のリボソーム関連タンパク質の計算質量(質量の理論値)と比較し、マススペクトルに現れたピークにバイオマーカーを帰属させる。そして、マススペクトルのピークに帰属したバイオマーカーを指標として、試料に含まれる微生物を識別する。   A protein analysis method using matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) is known as a simple identification method of microorganism species such as bacteria (Patent Document 1, Patent Document 1) 2). When MALDI-TOF MS is used, analysis results can be obtained in a short time using a very small amount of microorganism sample, and continuous analysis of multiple samples is easy, so that simple and rapid microorganism identification is possible. This method utilizes that about half of the peaks of the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS are derived from ribosome-related proteins. Using a given ribosome-related protein as a biomarker, compare the mass-to-charge ratio of the peak that appeared in the mass spectrum obtained from mass analysis of the microorganism with the calculated mass (theoretical value of mass) of the ribosome-related protein of a known microorganism, The biomarkers are assigned to the peaks that appear. Then, the microorganisms contained in the sample are identified using the biomarkers assigned to the peaks of the mass spectrum as indices.

特許文献1には、細胞内部から漏出させたリボソームサブユニットタンパク質のMALDI-TOF MSで得られたマススペクトルと、比較対象の細胞株のリボソームサブユニットタンパク質の質量であることが同定されたマススペクトルのデータベースと比較し、MALDI-TOF MSで得られたマススペクトルとデータベースマススペクトルの一致性を指標として細胞の種類を迅速に識別することが開示されている。特許文献1では、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)の菌種の同定や菌株分類を行っている。   Patent Literature 1 discloses a mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS of a ribosomal subunit protein leaked from the inside of a cell and a mass spectrum identified as the mass of the ribosomal subunit protein of a cell line to be compared It is disclosed that the cell type can be quickly identified by comparing the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS with the mass spectrum of the database as an index, as compared with a database of MALDI-TOF MS. In Patent Document 1, the species of Pseudomonas putida is identified and the strains are classified.

特許文献2には、リボソームタンパク質をバイオマーカーとし、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルのピークをバイオマーカーに帰属し、マススペクトルのピークに帰属したバイオマーカーを指標として大腸菌群の血清型を識別することが開示されている。   Patent Document 2 discloses that a ribosomal protein is used as a biomarker, a mass spectrum peak obtained by MALDI-TOF MS is assigned to the biomarker, and the serotype of the coliform group is identified using the biomarker assigned to the mass spectrum peak as an index. Is disclosed.

特許第4818981号公報Japanese Patent No. 4818981 特許第6238069号公報Japanese Patent No. 6238069

微生物の分類レベルによって質量に違いが出るピーク(リボソーム関連タンパク質)が異なるため、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルを用いてクロノバクター属菌を識別するためには、クロノバクター属菌の識別に利用可能なバイオマーカーを選定する必要がある。しかし、クロノバクター属菌の一部の菌種のように、互いに遺伝的にごく近縁の微生物を高い再現性で識別可能なバイオマーカーを選定するのは一般に困難であり、クロノバクター属菌の菌種の識別に好適に利用可能なバイオマーカーは未だ確立されていないのが現状である。   Since peaks (ribosome-related proteins) that differ in mass differ depending on the classification level of microorganisms, in order to identify Clonobacter bacteria using mass spectra obtained by MALDI-TOF MS, it is necessary to identify Cronobacter bacteria. It is necessary to select available biomarkers. However, it is generally difficult to select biomarkers that can identify microorganisms that are genetically closely related to each other with high reproducibility, such as some strains of the genus Chronobacter. At present, a biomarker that can be suitably used for identifying a bacterial species has not yet been established.

また、微生物の菌種同定手法として16SrRNA遺伝子解析法が広く使用されているが、クロノバクター属菌の一部の菌種は遺伝的に非常に近縁であることから全7菌種を識別できない。その他には、MLST(Multilocus Sequence Typing)法やPCR(Polymerase Chain Reaction、ポリメラーゼ連鎖反応)法によるクロノバクター属菌の菌種識別法が知られているが、いずれも操作が煩雑なため、分析に時間を要する。   Also, 16S rRNA gene analysis is widely used as a method for identifying the species of microorganisms. However, some species of the genus Chronobacter are genetically very closely related, so that all seven species cannot be identified. . Other known methods include the MLST (Multilocus Sequence Typing) method and the PCR (Polymerase Chain Reaction, PCR) method for identifying the species of Chronobacter bacteria. Takes time.

そのため、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる微生物の識別方法が求められている。   Therefore, there is a need for a method for identifying microorganisms that can quickly and easily identify seven species of Chronobacter.

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる微生物の識別方法、微生物の識別装置及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a microorganism identification method, a microorganism identification device, and a program capable of quickly and easily identifying seven species of Chronobacter. With the goal.

本発明による微生物の識別方法は、試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、前記マススペクトルから抽出する抽出ステップと、前記質量電荷比に基づいて、前記試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する識別ステップとを有し、前記バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いる。   The method for identifying microorganisms according to the present invention comprises, in a mass spectrum obtained by mass spectrometry of a sample, a mass-to-charge ratio of a peak derived from a biomarker, an extraction step of extracting from the mass spectrum, and based on the mass-to-charge ratio. Identifying the species of the genus Chronobacter included in the sample, and using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as the biomarkers.

本発明の微生物の識別装置は、試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、前記マススペクトルから抽出する抽出部と、前記質量電荷比に基づいて、前記試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する識別部とを有し、前記バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いる。   The apparatus for identifying microorganisms of the present invention is based on the mass-to-charge ratio of a peak derived from a biomarker in a mass spectrum obtained by mass analysis of a sample, and an extraction unit that extracts the mass-to-charge ratio from the mass spectrum. And an identification unit for identifying the species of the genus Clonobacter contained in the sample, and ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as the biomarkers.

本発明のプログラムは、コンピュータに上記の微生物の識別方法を実行させる。   A program of the present invention causes a computer to execute the above-described method for identifying a microorganism.

本発明によれば、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルからクロノバクター属菌の菌種を識別するので、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる。   According to the present invention, the species of Chronobacter are identified from the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS using the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as biomarkers. Bacterial species can be identified quickly and easily.

本発明の実施形態の微生物の識別装置の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the composition of the identification device of the microorganisms of the embodiment of the present invention.

本発明者は鋭意検討を重ねた結果、クロノバクター属菌の菌種(C. sakazakii、C. malonaticus、C. dublinensis、C. turicensis、C. universalis、C. condimenti及びC. muytjensiiの7菌種)を質量分析によって識別するためのバイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20が好適に利用できることを見い出し、本発明に至った。以下で説明する発明は、この知見に基づくものである。なお、以下の実施形態は説明のための単なる例示であって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、かかる実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that seven species of Cronobacter bacteria (C. sakazakii, C. malonaticus, C. dublinensis, C. turicensis, C. universalis, C. condimenti and C. muytjensii) The present inventors have found that ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 can be suitably used as a biomarker for distinguishing (1) by mass spectrometry, leading to the present invention. The invention described below is based on this finding. It should be noted that the following embodiments are merely examples for explanation, and the present invention is not limited to the following embodiments. The present invention is included in the scope of the present invention as long as it has the features of

(1)本発明の実施形態の微生物の識別装置の全体構成
図1に示すように、本実施形態の微生物の識別装置1は、質量分析部2と、識別処理部3と、表示部4を備えている。質量分析部2は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF MS)により試料の質量分析を行う質量分析装置(以下、MALDI-TOF MS装置という。)である。質量分析部2は、MALDI-TOF MSにより、試料のマススペクトルデータを得る。質量分析部2には、公知のMALDI-TOF MS装置を用いることができる。なお、試料に含まれるリボソーム関連タンパク質、特に上記のバイオマーカーのリボソーム関連物質のマススペクトルを得ることができれば、質量分析部2の構成は限定されず、例えば、他のソフトなイオン化法を用いた質量分析装置などや他の質量分析手法を用いることもできる。また、本実施形態では、「(3−2)MALDI-TOF MSによる分析」において説明する方法により作製した試料を用いている。MALDI-TOF MSによる質量分析用試料の作製方法として一般的な手法により作製した試料も、本実施形態の質量分析に用いることができる。
(1) Overall Configuration of Microorganism Identification Apparatus According to Embodiment of the Present Invention As shown in FIG. 1, a microorganism identification apparatus 1 according to this embodiment includes a mass analysis unit 2, an identification processing unit 3, and a display unit 4. Have. The mass spectrometer 2 is a mass spectrometer (hereinafter, referred to as a MALDI-TOF MS device) that performs mass spectrometry of a sample by matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). The mass spectrometry unit 2 obtains mass spectrum data of the sample by MALDI-TOF MS. As the mass spectrometer 2, a known MALDI-TOF MS device can be used. Note that the configuration of the mass spectrometer 2 is not limited as long as a mass spectrum of the ribosome-related protein contained in the sample, particularly the ribosome-related substance of the biomarker can be obtained. For example, another soft ionization method was used. A mass spectrometer or other mass spectrometry techniques can also be used. In the present embodiment, a sample prepared by the method described in “(3-2) Analysis by MALDI-TOF MS” is used. A sample prepared by a general method as a method for preparing a sample for mass spectrometry by MALDI-TOF MS can also be used for mass spectrometry of the present embodiment.

識別処理部3は、質量分析部2から取得したマススペクトルデータを、バイオマーカーを用いて解析し、試料に含まれている菌種を識別する。識別処理部3は、取得部5と、選択部6と、抽出部7と、識別部8と、記憶部9とを備えている。識別処理部3は、各部を個別のハードウエアとし、ハードウエアの集合体として実現してもよく、その実体をパーソナルコンピュータ(PC)やワークステーションとし、例えばPCの記憶装置としての記憶部9に保存されたプログラムによって各部の機能を実行することで実現してもよい。取得部5は、質量分析部2が試料を分析して得たマススペクトルのデータを、質量分析部2から取得し、選択部6に送出する。選択部6は、取得部5からマススペクトルデータを受け取ると、クロノバクター属菌の菌種毎に各バイオマーカーの質量の理論値が記載されたバイオマーカー質量データベースを読み出す。   The identification processing unit 3 analyzes the mass spectrum data acquired from the mass spectrometry unit 2 using the biomarkers, and identifies the bacterial species contained in the sample. The identification processing unit 3 includes an acquisition unit 5, a selection unit 6, an extraction unit 7, an identification unit 8, and a storage unit 9. The identification processing unit 3 may be realized as a set of hardware, with each unit being individual hardware, and the entity of the identification processing unit 3 may be a personal computer (PC) or a workstation, for example, in the storage unit 9 as a storage device of the PC. It may be realized by executing the function of each unit by the stored program. The acquisition unit 5 acquires mass spectrum data obtained by analyzing the sample by the mass analysis unit 2 from the mass analysis unit 2 and sends the data to the selection unit 6. Upon receiving the mass spectrum data from the acquisition unit 5, the selection unit 6 reads a biomarker mass database in which the theoretical value of the mass of each biomarker is described for each type of Clonobacter bacterium.

バイオマーカー質量データベースは、クロノバクター属菌の菌種毎に各バイオマーカーの質量の理論値を算出し、データベース化したものであり、予め記憶部9に保存されている。バイオマーカーは、上述の通り、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20であり、本実施形態では5つのバイオマーカーが用いられる。なお、バイオマーカーの質量の理論値は、同じバイオマーカーであっても、菌種によって異なる場合がある。そのため、バイオマーカー質量データベースには、菌種毎にバイオマーカーの質量の理論値を登録している。   The biomarker mass database is obtained by calculating the theoretical value of the mass of each biomarker for each species of Clonobacter genus, and is stored in a database, and is stored in the storage unit 9 in advance. As described above, the biomarkers are ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20. In the present embodiment, five biomarkers are used. Note that the theoretical value of the mass of the biomarker may differ depending on the type of bacteria even for the same biomarker. Therefore, the theoretical value of the mass of the biomarker is registered in the biomarker mass database for each bacterial species.

選択部6は、マススペクトルに現れたピークの質量電荷比(m/z)と、バイオマーカーの質量の理論値とを比較して、マススペクトルにおけるバイオマーカー由来のピークを選択する(選択ステップ)。より具体的には、選択部6は、マススペクトルデータからピークの質量電荷比を読み取り、読み取ったピークの質量電荷比と各バイオマーカーの質量の理論値を比較し、質量電荷比がバイオマーカーの質量の理論値と500ppm以内の誤差で一致したピークをバイオマーカーに帰属できたものとする。選択部6は、この作業を他のバイオマーカーについても行い、バイオマーカーに帰属できたピークをバイオマーカー由来のピークとして選択する。選択部6は、バイオマーカー由来のピークを選択したマススペクトルデータを抽出部7に送出する。   The selecting unit 6 compares the mass-to-charge ratio (m / z) of the peak appearing in the mass spectrum with the theoretical value of the mass of the biomarker, and selects a peak derived from the biomarker in the mass spectrum (selection step). . More specifically, the selection unit 6 reads the mass-to-charge ratio of the peak from the mass spectrum data, compares the mass-to-charge ratio of the read peak with the theoretical value of the mass of each biomarker, and determines the mass-to-charge ratio of the biomarker. It is assumed that a peak that coincides with the theoretical mass value with an error within 500 ppm can be assigned to the biomarker. The selecting unit 6 performs this operation for other biomarkers, and selects a peak that can be attributed to the biomarker as a peak derived from the biomarker. The selection unit 6 sends mass spectrum data in which a peak derived from a biomarker has been selected to the extraction unit 7.

抽出部7は、マススペクトルにおけるバイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、マススペクトルデータから抽出する(抽出ステップ)。より具体的には、抽出部7は、マススペクトルデータを選択部6から受け取ると、選択部6が選択したバイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、バイオマーカーと関連付けて、マススペクトルデータから抽出する。例えば、抽出部7は、バイオマーカーのリボソーム関連タンパク質の名称と当該バイオマーカーに由来するピークの質量電荷比とを関連付ける。抽出部7は、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を識別部8に送出する。   The extraction unit 7 extracts the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker in the mass spectrum from the mass spectrum data (extraction step). More specifically, upon receiving the mass spectrum data from the selection unit 6, the extraction unit 7 extracts the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker selected by the selection unit 6 from the mass spectrum data in association with the biomarker. I do. For example, the extraction unit 7 associates the name of the ribosome-related protein of the biomarker with the mass-to-charge ratio of a peak derived from the biomarker. The extraction unit 7 sends the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker to the identification unit 8.

識別部8は、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比に基づいて、試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する(識別ステップ)。識別部8は、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を受け取ると、記憶部9から上記で説明したバイオマーカー質量データベースを読み出し、MALDI-TOF MSのマススペクトルから得たバイオマーカー由来のピークの質量電荷比(バイオマーカーの質量の実測値)と、バイオマーカー質量データベースに登録されたバイオマーカーの質量の理論値とを比較する。識別部8は、バイオマーカー毎に順次比較し、質量の実測値が質量の理論値に500ppm以内の誤差で一致した菌種を候補として絞っていく。識別部8は、比較作業を繰り返していった結果、候補となる菌種が1つに絞られたとき、当該菌種を試料に含まれている菌種として識別する。識別部8は、識別した菌種を例えば液晶モニターなどでなる表示部4に表示させ、作業者に識別結果を確認させることができる。また、識別部8は、識別結果を記憶部9に記憶することもできる。このとき、図示しない入力デバイスにより、作業者が試料の名称を識別処理部3に入力し、識別部8が、試料の名前と共に識別結果を、記憶部9に記憶することもできる。   The identification unit 8 identifies the species of Clonobacter genus contained in the sample based on the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker (identification step). Upon receiving the mass-to-charge ratio of the biomarker-derived peak, the identification unit 8 reads the biomarker mass database described above from the storage unit 9 and calculates the mass of the biomarker-derived peak obtained from the MALDI-TOF MS mass spectrum. The charge ratio (actual measured value of the mass of the biomarker) is compared with the theoretical value of the mass of the biomarker registered in the biomarker mass database. The identification unit 8 sequentially compares the biomarkers, and narrows down the bacterial species whose actual measured value of the mass matches the theoretical value of the mass with an error within 500 ppm. As a result of repeating the comparison operation, when the number of candidate bacterial species is reduced to one, the identifying unit 8 identifies the bacterial species as a bacterial species included in the sample. The identification unit 8 can display the identified bacterial species on the display unit 4 including, for example, a liquid crystal monitor, and allow the operator to confirm the identification result. The identification unit 8 can also store the identification result in the storage unit 9. At this time, the operator can input the name of the sample to the identification processing unit 3 using an input device (not shown), and the identification unit 8 can store the identification result together with the sample name in the storage unit 9.

なお、作製した試料によっては、MALDI-TOF MSによる質量分析のマススペクトルにおいて、バイオマーカーのリボソーム関連タンパク質に由来するピークの内のいくつかが検出されない場合がある。しかし、本実施形態では、バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いているので、そのような場合であっても、試料に含まれるクロノバクター属菌の菌種を識別できる。また、マススペクトルにおいて、バイオマーカーに由来するピークのいくつかが検出されず、菌種の識別が難しいような場合は、同一のサンプルに対してMALDI-TOF MSによる質量分析を繰り返し行ったり、後述する試料の作製方法のタンパク質抽出液をサンプルプレートに固定する段階やタンパク質を抽出する段階まで遡って再調製した試料を用いてMALDI-TOF MSによる質量分析を行ったりして、再度、マススペクトルを得る。その結果、前回の質量分析では検出されなかったバイオマーカー由来のピークが検出され、試料に含まれている菌種の識別が可能となる。   Depending on the prepared sample, some of the peaks derived from the biomarker ribosome-related protein may not be detected in the mass spectrum of the mass spectrometry by MALDI-TOF MS. However, in the present embodiment, since the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as biomarkers, even in such a case, the species of Clonobacter genus contained in the sample is identified. it can. In addition, in the mass spectrum, some of the peaks derived from the biomarkers are not detected, and if it is difficult to identify the bacterial species, the same sample may be repeatedly subjected to mass spectrometry by MALDI-TOF MS, or described later. Mass spectrometry by MALDI-TOF MS using a sample that has been re-prepared back to the step of immobilizing the protein extract on the sample obtain. As a result, a peak derived from a biomarker that has not been detected in the previous mass spectrometry is detected, and it is possible to identify the bacterial species contained in the sample.

(2)作用及び効果
以上の構成において、微生物の識別装置1は、試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、マススペクトルから抽出し(抽出ステップ)、質量電荷比に基づいて、試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別し(識別ステップ)、バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いるように構成した。
(2) Function and Effect In the above configuration, the microorganism identifying apparatus 1 extracts a mass-to-charge ratio of a biomarker-derived peak in a mass spectrum obtained by mass analysis of a sample from the mass spectrum (extraction step). ), Identifying the species of Clonobacter genus contained in the sample based on the mass-to-charge ratio (identification step), and using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as biomarkers. did.

よって、微生物の識別装置1は、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして、MALDI-TOF MSにより得たマススペクトルからクロノバクター属菌の菌種を識別するので、クロノバクター属菌7菌種を、迅速かつ簡便に識別できる。   Therefore, the microorganism identification device 1 identifies the species of the genus Clonobacter from the mass spectrum obtained by MALDI-TOF MS using the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 as biomarkers. Seven species of genera can be identified quickly and easily.

(3)バイオマーカーの選定
本発明では、クロノバクター属菌7菌種のそれぞれについて、各リボソーム関連タンパク質の質量の理論値と、クロノバクター属菌7菌種の基準株のMALDI-TOF MSにより得られた各リボソーム関連タンパク質の質量電荷比とを比較することで、クロノバクター属菌7菌種を識別できるリボソーム関連タンパク質を選定し、選定したリボソーム関連タンパク質をバイオマーカーとした。以下では、バイオマーカーの選定について説明する。なお、バイオマーカーの選定に用いたクロノバクター属菌7菌種の基準株は、表1の通りである。表1中のJCMは、入手先が理化学研究所バイオリソースセンター微生物材料開発室(Japan Collection of Microorganisms)であることを意味し、LMGは、入手先がベルギー微生物保存機関(Laboratorium voor Microbiologie)であることを意味し、ATCCは、入手先がアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection)であることを意味する。
(3) Selection of biomarkers In the present invention, the theoretical value of the mass of each ribosome-related protein and the MALDI-TOF MS of the reference strain of each of the seven Chronobacter bacteria are determined for each of the seven Chronobacter bacteria. By comparing the obtained ribosome-related proteins with the mass-to-charge ratios, ribosome-related proteins capable of distinguishing seven Chronobacter bacteria were selected, and the selected ribosome-related proteins were used as biomarkers. Hereinafter, selection of the biomarker will be described. Table 1 shows the reference strains of the seven species of Chronobacter genus used for the selection of biomarkers. JCM in Table 1 means that the source is the RIKEN BioResource Center, Microbial Material Development Department (Japan Collection of Microorganisms), and LMG means that the source is the Belgian Microorganisms Preservation Organization (Laboratorium voor Microbiologie). ATCC means that the source is the American Type Culture Collection.

(3−1)リボソーム関連タンパク質の質量の理論値の算出
最初に、リボソーム関連タンパク質の質量の理論値を算出した。まず、タンパク質のアミノ酸配列が掲載された公知のデータベースUniprotKB(Universal Protein Resource Knowledgebase)から、クロノバクター属菌の各菌種のリボソーム関連タンパク質のアミノ酸配列情報を入手した。そして、スイス生物情報科学機構により提供されているプロテオミクスのサーバーExPASy (Expert Protein Analysis System)のツールCompute pI/Mw tool(アミノ酸配列から分子量を計算するソフトウエア)を利用して、クロノバクター属菌の各菌種のリボソーム関連タンパク質のアミノ酸配列からリボソーム関連タンパク質の質量の理論値を算出した。
(3-1) Calculation of theoretical value of mass of ribosome-related protein First, the theoretical value of mass of ribosome-related protein was calculated. First, the amino acid sequence information of the ribosome-related protein of each species of Chronobacter was obtained from the public database UniprotKB (Universal Protein Resource Knowledgebase) in which the amino acid sequence of the protein was published. Then, using the Compute pI / Mw tool (software that calculates the molecular weight from the amino acid sequence) of the Proteomics server ExPASy (Expert Protein Analysis System) provided by the Swiss Institute of Bioinformatics, the clonobacter spp. The theoretical value of the mass of the ribosome-related protein was calculated from the amino acid sequence of the ribosome-related protein of each bacterial species.

リボソームでの翻訳によって合成された発現タンパク質は、翻訳後の修飾により開始末端メチオニン残基が切断されることが多い。メチオニン残基は、開始末端のメチオニン残基に隣接するアミノ酸残基(末端から2番目のアミノ酸残基)がグリシン、アラニン、セリン、プロリン、バリン、スレオニン、システインのいずれかである場合に、選択的に切断されやすいことが知られている(蛋白質 核酸 酵素, Vol.40, No.4, p.389-398 (1995))。そのため、本発明では、末端から2番目のアミノ酸残基がグリシン、アラニン、セリン、プロリン、バリン、スレオニン、システインのいずれかであるリボソーム関連タンパク質は、メチオニン残基の切断を考慮するために、算出した質量の理論値から131.19Daを差し引いて、質量の理論値を補正した。また、MALDI-TOF MSで観測されるイオンは主にプロトン化分子[M+H]+であるため、本発明では、プロトンの質量1.01Daを算出した質量の理論値に加算して、質量の理論値を補正した。   In an expressed protein synthesized by ribosome translation, the starting terminal methionine residue is often cleaved by post-translational modification. The methionine residue is selected when the amino acid residue adjacent to the starting methionine residue (the second amino acid residue from the terminal) is any of glycine, alanine, serine, proline, valine, threonine, and cysteine. Is known to be easily cleaved (protein nucleic acid enzyme, Vol. 40, No. 4, p. 389-398 (1995)). Therefore, in the present invention, a ribosome-related protein in which the second amino acid residue from the terminal is glycine, alanine, serine, proline, valine, threonine, or cysteine is calculated in consideration of cleavage of methionine residues. The theoretical mass value was corrected by subtracting 131.19 Da from the calculated theoretical mass value. In addition, since the ions observed by MALDI-TOF MS are mainly protonated molecules [M + H] +, in the present invention, the mass 1.01 Da of the proton is added to the calculated theoretical value of the mass to obtain the theoretical value of the mass. Values were corrected.

(3−2)MALDI-TOF MSによる分析
続いて、MALDI-TOF MSにより、クロノバクター属菌の基準株を試料として質量分析し、マススペクトルを得た。ここでは、C. sakazakiiの基準株の質量分析を行う場合を例としてMALDI-TOF MSによりマススペクトルを得る方法を説明するが、バイオマーカーとしたリボソーム関連タンパク質の分子量関連ピークを観測する手法は他にも多く知られており、以下の方法はあくまでも典型例であって、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではない。
(3-2) Analysis by MALDI-TOF MS Subsequently, mass analysis was performed by MALDI-TOF MS using a reference strain of the genus Clonobacter as a sample to obtain a mass spectrum. Here, a method of obtaining a mass spectrum by MALDI-TOF MS will be described by taking mass spectrometry of a reference strain of C. sakazakii as an example. The following methods are only typical examples, and the scope of the present invention is not limited thereto.

まず、トリプチケースソイ寒天培地(TSA:Trypticase Soy Agar、BD(BBL)社製)にC. sakazakiiの基準株を塗抹し、37℃で24時間培養した。次に、培地に生育したC. sakazakiiのコロニーを培地の半分程度回収し、超純水(ミリQ水)300μlに懸濁した。懸濁液に、残留農薬・PCB試験用エタノール(富士フイルム和光純薬社製)900μlを添加し、混合後、遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、2min、25℃)した。上清を除去し、同じ条件で再度遠心分離した。上清を除去して得られた沈殿を、高濃度のぎ酸(特級、富士フイルム和光純薬社製)を用いて調製した濃度70%のぎ酸溶液70μlに懸濁し、残留農薬・PCB試験用アセトニトリル(富士フイルム和光純薬社製)70μlを添加した後、懸濁液を混合した。懸濁液を遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、2min、25℃)し、その上清をタンパク質抽出液とした。なお、基準株の培養条件やリボソーム関連タンパク質の抽出手法は、上記に限定されず、最終的にリボソーム関連タンパク質の分子量関連ピークを観測するのに充分な量のリボソーム関連タンパク質を細胞内部から取り出すことができればよく、従来公知の培養方法やリボソーム関連タンパク質の抽出・精製方法を任意に用いてもよい。   First, a reference strain of C. sakazakii was spread on a trypticase soy agar medium (TSA: Trypticase Soy Agar, BD (BBL)) and cultured at 37 ° C. for 24 hours. Next, about half of the C. sakazakii colonies grown on the medium were collected and suspended in 300 μl of ultrapure water (Milli-Q water). To the suspension, 900 μl of ethanol for residual agricultural chemicals / PCB test (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, mixed, and centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 2 min, 25 ° C.). The supernatant was removed and centrifuged again under the same conditions. The precipitate obtained by removing the supernatant was suspended in 70 μl of a 70% formic acid solution prepared using high-concentration formic acid (special grade, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Co., Ltd.), and tested for residual agricultural chemicals and PCB. After adding 70 μl of acetonitrile for use (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), the suspension was mixed. The suspension was centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 2 min, 25 ° C.), and the supernatant was used as a protein extract. The culture conditions of the reference strain and the method of extracting the ribosome-related protein are not limited to the above, and a sufficient amount of the ribosome-related protein to finally observe the molecular weight-related peak of the ribosome-related protein is taken out from the inside of the cell. And any conventionally known culture method or ribosome-related protein extraction / purification method may be used.

マトリックス剤としてシナピン酸を用い、シナピン酸(富士フイルム和光純薬社製)10mgを、1%の濃度でトリフルオロ酢酸(特級、富士フイルム和光純薬社製)を含む50%の濃度のアセトニトリル溶液に溶解してマトリックス剤溶液を調製した。MALDI-TOF測定用のサンプルプレートに、このマトリックス剤溶液を1μl滴下し、風乾した。その後、マトリックス剤溶液を滴下したサンプルプレートの領域に、タンパク質抽出液を1μl滴下し、乾燥させた。その後、タンパク質抽出液を滴下した領域に再度マトリックス剤溶液を1μl滴下し、乾燥させて、C. sakazakii基準株の試料を得た。なお、MALDI-TOFMS測定のための試料調製手法は上記に限定されず、従来公知のタンパク質のMALDI-TOFMS測定で用いられる試料調製法に従って行えばよい。上記ではマトリックス剤としてシナピン酸を用いたが、CHCA(α-cyano-4-hydroxycinnamic acid)などを用いることもできる。   Using a sinapinic acid as a matrix agent, a 50% acetonitrile solution containing 10 mg of sinapinic acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical) and trifluoroacetic acid (special grade, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical) at a concentration of 1%. To prepare a matrix agent solution. 1 μl of this matrix agent solution was dropped on a sample plate for MALDI-TOF measurement and air-dried. Thereafter, 1 μl of the protein extract was dropped on the region of the sample plate where the matrix agent solution was dropped, and dried. Thereafter, 1 μl of the matrix agent solution was again dropped into the region where the protein extract was dropped, and dried to obtain a sample of the C. sakazakii reference strain. The sample preparation method for MALDI-TOFMS measurement is not limited to the above, and may be performed according to a conventionally known sample preparation method used in MALDI-TOFMS measurement of proteins. In the above, sinapinic acid was used as the matrix agent, but CHCA (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid) or the like can also be used.

測定には、MALDI-TOF MS装置として、autoflex speed(Bruker社製)を用い、測定用ソフトウエアとして、装置に付属するflex controlを用いた。測定用ソフトウエアにおいて、ポジティブリニアモードを選択し、スペクトルレンジをm/z3000〜20000に設定して作製した試料の質量分析を実施し、C. sakazakii基準株のマススペクトルを得た。マススペクトルの解析には、装置付属の解析用ソフトウエアflex analysisを用いた。解析では、シグナル対ノイズ(S/N)比が3以上、相対強度の閾値(Relative Intensity Threshold)が1%以上のピークを対象とし、C. sakazakii基準株のマススペクトルデータから当該ピークの質量電荷比を読み取り、読み取ったピークの質量電荷比とC. sakazakii基準株のリボソーム関連タンパク質の質量の理論値を比較した。そして、ピークの質量電荷比がC. sakazakii基準株のリボソーム関連タンパク質の質量の理論値と500ppm以内の誤差で一致したピークに当該リボソーム関連タンパク質を帰属できたものとし、マススペクトルのピークにリボソーム関連タンパク質を帰属させた。この結果を、リボソーム関連タンパク質の質量の理論値と共に、表2に示す。表2では、C. sakazakiiとC. malonaticusについて示している。表2中のグレーの箇所は、当該リボソーム関連タンパク質に該当するピークが観察されなかったことを意味する。なお、単位は[Da]である。この作業を、クロノバクター属菌のすべての菌種の基準株に対して行った。なお、マススペクトルの取得・解析手法は上記に限定されず、従来公知の装置・測定モード・スペクトルレンジ・解析用ソフトウエア・S/N比・相対強度などを適宜選択・組み合わせればよい。   For the measurement, an autoflex speed (manufactured by Bruker) was used as a MALDI-TOF MS apparatus, and a flex control attached to the apparatus was used as measurement software. In the measurement software, the positive linear mode was selected, and the mass spectrum of the sample prepared by setting the spectrum range to m / z 3000 to 20000 was performed to obtain a mass spectrum of the C. sakazakii reference strain. For analysis of the mass spectrum, analysis software flex analysis attached to the apparatus was used. In the analysis, peaks having a signal-to-noise (S / N) ratio of 3 or more and a relative intensity threshold (Relative Intensity Threshold) of 1% or more were targeted. From the mass spectrum data of the C. sakazakii reference strain, the mass charge of the peak was determined. The ratio was read, and the mass-to-charge ratio of the read peak was compared with the theoretical value of the mass of the ribosome-related protein of the C. sakazakii reference strain. Then, it is assumed that the ribosome-related protein can be assigned to the peak whose mass-to-charge ratio matches the theoretical value of the mass of the ribosome-related protein of the C. sakazakii reference strain with an error within 500 ppm, and the ribosome-related protein is assigned to the peak of the mass spectrum. The protein was assigned. The results are shown in Table 2 together with theoretical values of the mass of the ribosome-related protein. Table 2 shows C. sakazakii and C. malonaticus. The gray spots in Table 2 indicate that no peak corresponding to the ribosome-related protein was observed. The unit is [Da]. This operation was performed on reference strains of all strains of the genus Clonobacter. Note that the method of acquiring and analyzing the mass spectrum is not limited to the above, and any conventionally known apparatus, measurement mode, spectrum range, analysis software, S / N ratio, relative intensity, and the like may be appropriately selected and combined.

(3−3)バイオマーカーの選定
クロノバクター属菌の菌種毎に算出された各リボソーム関連タンパク質の質量の理論値と、各菌種の基準株の質量分析結果から得られた各リボソーム関連タンパク質に帰属したピークの質量電荷比とを用いて、クロノバクター属菌の菌種を識別できるバイオマーカーとなるリボソーム関連タンパク質を探索した。その結果、5個のリボソーム関連タンパク質(L32、L25、L24、RaiA及びL20)の質量パターン(質量の理論値のパターン)からクロノバクター属菌の基準株7菌種を識別できることがわかり、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして選定した。リボソーム関連タンパク質によっては質量分析のマススペクトルにおいてピークとして観測されにくいものもあるため、これら5個のバイオマーカーを組み合わせることでクロノバクター属菌の菌種の識別が可能となった。
(3-3) Selection of biomarker The theoretical value of the mass of each ribosome-related protein calculated for each species of Clonobacter genus, and each ribosome-related protein obtained from the mass spectrometry result of the reference strain of each strain Using the mass-to-charge ratio of the peak attributed to, a ribosome-related protein serving as a biomarker capable of identifying the species of Chronobacter was searched. As a result, it was found that seven reference strains of the genus Clonobacter can be distinguished from the mass patterns (patterns of theoretical mass values) of the five ribosome-related proteins (L32, L25, L24, RaiA, and L20). Proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 were selected as biomarkers. Some ribosome-related proteins are hardly observed as peaks in mass spectrometry of mass spectrometry. Therefore, combining these five biomarkers made it possible to identify the species of the genus Clonobacter.

菌種毎のバイオマーカーの質量の理論値と、各基準株の質量分析結果から得られたバイオマーカーの質量電荷比、すなわち、バイオマーカーの質量の実測値とを表3に示す。表3中には、同一のリボソーム関連タンパク質において、ローマ数字と質量の理論値が記載された菌種と、ローマ数字のみが記載された菌種とがある。表3では、同一のリボソーム関連タンパク質において、同じローマ数字が付された菌種は質量の理論値が同じことを意味している。例えば、C. malonaticusのL32の欄は、ローマ数字のIが記載されている。これは、C. malonaticusのL32の質量の理論値が、C. sakazakiiのL32の質量の理論値と同じ値であることを意味している。また、「登録なし」と記載されている場合は、登録なしの欄に対応する菌種とリボソーム関連タンパク質のアミノ酸配列が、アミノ酸配列のデータベース(UniprotKB)に登録されておらず、質量の理論値が計算できなかったことを意味している。また、空欄は、マススペクトルに現れたピークに、当該リボソーム関連タンパク質に対応するピークがなかったことを意味している。上記の「(1)本発明の実施形態の微生物の識別装置の全体構成」で説明した、マススペクトルのピークへのバイオマーカーの帰属及び試料に含まれる菌種の識別に用いたバイオマーカー質量データベースは、例えば、質量の理論値を示した表3の表であり、菌種毎に、各バイオマーカーの質量の理論値をまとめたものである。   Table 3 shows the theoretical value of the mass of the biomarker for each bacterial species and the mass-to-charge ratio of the biomarker obtained from the mass spectrometry results of each reference strain, that is, the measured value of the mass of the biomarker. In Table 3, for the same ribosome-related protein, there are bacterial strains in which Roman numerals and theoretical values of mass are described, and bacterial species in which only Roman numerals are described. In Table 3, in the same ribosome-related protein, the bacterial species with the same Roman numeral means that the theoretical mass value is the same. For example, the column L32 of C. malonaticus describes the Roman numeral I. This means that the theoretical value of the mass of L32 of C. malonaticus is the same as the theoretical value of the mass of L32 of C. sakazakii. If "No registration" is described, the amino acid sequence of the bacterial species and ribosome-related protein corresponding to the column of no registration is not registered in the amino acid sequence database (UniprotKB), and the theoretical mass Means that could not be calculated. A blank column means that there was no peak corresponding to the ribosome-related protein among the peaks appearing in the mass spectrum. The biomarker mass database used for the attribution of the biomarker to the peak of the mass spectrum and the identification of the bacterial species contained in the sample, as described in the above “(1) Overall configuration of the apparatus for identifying a microorganism according to the embodiment of the present invention” Is a table of Table 3 showing, for example, the theoretical value of the mass, and summarizes the theoretical value of the mass of each biomarker for each bacterial species.

(3−4)バイオマーカーの検証
バイオマーカーの検証として、表3に示した各基準株の質量分析結果から得られた質量電荷比を利用して、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして基準株7菌種を識別できるか検証した。
(3-4) Verification of biomarker As verification of the biomarker, the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and the like were evaluated using the mass-to-charge ratio obtained from the mass spectrometry results of each reference strain shown in Table 3. It was verified whether L20 can be used as a biomarker to identify seven reference strains.

まず、C. sakazakiiのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC.sakazakiiであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. sakazakiiのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIの質量に一致するので、菌種をC. sakazakiiとC. condimentiに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. sakazakiiのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIの質量に一致する。よって、C. sakazakiiのデータの菌種がC. sakazakiiであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20とL25を用いて7菌種からC. sakazakiiを識別したが、例えば、L25に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、L24に相当するピークが検出されていれば、C. sakazakiiとC. condimentiとではL24の理論値が異なるので、L20とL24を用いてC. sakazakiiを識別することができた。   First, using the data of C. sakazakii, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify the bacterial species contained in the sample as C. sakazakii. When the theoretical value of the biomarker L20 was compared with the mass-to-charge ratio of L20 of C. sakazakii, it coincided with the theoretical mass of I, so that the bacterial species could be narrowed down to C. sakazakii and C. condimenti. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 is compared with the mass-to-charge ratio of L.25 of C. sakazakii, it matches the theoretical mass of I. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. sakazakii was C. sakazakii. In this case, C. sakazakii was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L20 and L25. For example, even when no peak corresponding to L25 was detected, a peak corresponding to L24 was detected. Then, since the theoretical value of L24 is different between C. sakazakii and C. condimenti, C. sakazakii could be identified using L20 and L24.

次に、C. malonaticusのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. malonaticusであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. malonaticusのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIIの質量に一致する。よって、C. malonaticusのデータの菌種がC. malonaticusであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20を用いて7菌種からC. malonaticusを識別したが、例えば、L20に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、C. malonaticusはRaiAの理論値が他の6菌種と異なるので、RaiAを用いてC. malonaticusを識別することができた。   Next, using the data of C. malonaticus, it was verified whether the biomarker of the present invention can identify that the bacterial species contained in the sample is C. malonaticus. When the theoretical value of the biomarker L20 is compared with the mass-to-charge ratio of L20 of C. malonaticus, it matches the theoretical value of II. Therefore, it was possible to identify that the species of the data of C. malonaticus was C. malonaticus. In this case, C. malonaticus was identified from the seven bacterial species using the biomarker L20. For example, even if no peak corresponding to L20 was detected, C. malonaticus showed that the theoretical value of RaiA was different from that of other species. Since it is different from the 6 bacterial species, C. malonaticus could be identified using RaiA.

次いで、C. dublinensisのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. dublinensisであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. dublinensisのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIIIの質量に一致するので、菌種をC. dublinensisとC. universalisとC. muytjensiiに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. dublinensisのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIIに一致する。よって、C. dublinensisのデータの菌種がC. dublinensisであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20とL25を用いて7菌種からC. dublinensisを識別したが、例えば、L20に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、バイオマーカーのRaiAとL25を用いてC. dublinensisを識別できた。具体的には、RaiAの理論値と、C. dublinensisのRaiAの質量電荷比を比較することで、菌種をC. sakazakiiとC. dublinensisとC. muytjensiiに絞ることができ、その後、L25の理論値と、C. dublinensisのL25の質量電荷比を比較することで、C. dublinensisを識別することができた。   Next, using the data of C. dublinensis, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the strain contained in the sample was C. dublinensis. When comparing the theoretical value of the biomarker L20 with the mass-to-charge ratio of L20 of C. dublinensis, it matches the theoretical value of III, so that it is possible to narrow down the bacterial species to C. dublinensis, C. universalis, and C. muytjensii. did it. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 is compared with the mass-to-charge ratio of the C. dublinensis L25, it matches the theoretical value II. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. dublinensis was C. dublinensis. In this case, C. dublinensis was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L20 and L25. For example, even when no peak corresponding to L20 was detected at all, the biomarkers RaiA and L25 were used. C. dublinensis could be identified. Specifically, by comparing the theoretical value of RaiA with the mass-to-charge ratio of RaiA of C. dublinensis, the bacterial species can be narrowed down to C. sakazakii, C. dublinensis, and C. muytjensii. C. dublinensis could be identified by comparing the theoretical value with the mass-to-charge ratio of L.25 of C. dublinensis.

続いて、C. turicensisのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. turicensisであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL24の理論値と、C. turicensisのL24の質量電荷比を比較すると、理論値のIIの質量に一致するので、菌種をC. turicensisとC. universalisに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. turicensisのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIIに一致する。よって、C. turicensisのデータの菌種がC. turicensisであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL24とL25を用いて7菌種からC. turicensisを識別したが、例えば、L24に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、バイオマーカーのL32とL25を用いてC. turicensisを識別できた。具体的には、L32の理論値と、C. turicensisのL32の質量電荷比を比較することで、菌種をC. turicensisとC. universalisに絞ることができ、その後、L25の理論値と、C. turicensisのL25の質量電荷比を比較することで、C. turicensisを識別することができた。   Subsequently, using the data of C. turicensis, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the bacterial species contained in the sample was C. turicensis. When the theoretical value of the biomarker L24 was compared with the mass-to-charge ratio of L.24 of C. turicensis, it coincided with the theoretical value of mass II, so that the bacterial species could be narrowed down to C. turicensis and C. universalis. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 and the mass-to-charge ratio of L25 of C. turicensis are compared, they agree with the theoretical value of II. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. turicensis was C. turicensis. In this case, C. turicensis was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L24 and L25. For example, even when no peak corresponding to L24 was detected, the biomarkers L32 and L25 were used. C. turicensis could be identified. Specifically, by comparing the theoretical value of L32 with the mass-to-charge ratio of L.32 of C. turicensis, the bacterial species can be narrowed down to C. turicensis and C. universalis, and then the theoretical value of L25, By comparing the mass-to-charge ratio of C. turicensis L25, C. turicensis could be identified.

次いで、C. universalisのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. universalisであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL24の理論値と、C. universalisのL24の質量電荷比を比較すると、理論値のIIの質量に一致するので、菌種をC. universalisとC. turicensisに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. universalisのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIに一致する。よって、C. universalisのデータの菌種がC. universalisであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL24とL25を用いて7菌種からC. universalisを識別したが、例えば、L24に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、バイオマーカーのL32とL25を用いてC. universalisを識別できた。また、L25に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、 C. universalisはRaiAの理論値が他の6菌種と異なるので、RaiAを用いてC. universalisを識別することができた。さらに、今回のケースでC. universalisとC. turicensisのL20に相当するピークが検出されていれば、L32とL20、又は、L24とL20を用いてC. universalisを識別できた。   Next, using the data of C. universalis, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the bacterial species contained in the sample was C. universalis. When the theoretical value of the biomarker L24 was compared with the mass-to-charge ratio of L.24 of C. universalis, it coincided with the theoretical value of mass II, so that the bacterial species could be narrowed down to C. universalis and C. turicensis. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 is compared with the mass-to-charge ratio of L.25 of C. universalis, it matches the theoretical value I. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. universalis was C. universalis. In this case, C. universalis was identified from the seven bacterial species using the biomarkers L24 and L25. For example, even when no peak corresponding to L24 was detected, the biomarkers L32 and L25 were used. C. universalis could be identified. Even when no peak corresponding to L25 was detected, C. universalis was able to identify C. universalis using RaiA because the theoretical value of RaiA was different from the other six strains. Furthermore, if a peak corresponding to L20 of C. universalis and C. turicensis was detected in this case, C. universalis could be identified using L32 and L20 or L24 and L20.

続いて、C. condimentiのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって試料に含まれている菌種がC. condimentiであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. condimentiのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIの質量に一致するので、菌種をC. condimentiとC. sakazakiiに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. condimentiのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIIに一致する。よって、C. condimentiのデータの菌種がC. condimentiであることが識別できた。なお、今回は、C. condimentiのL24に相当するピークが検出されなかったため、バイオマーカーのL20とL25を用いて7菌種からC. condimentiを識別したが、例えば、L20及びL25に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、L24に相当するピークが検出されれば、C. condimentiはL24の理論値が他の6菌種と異なるので、L24を用いてC. condimentiを識別することができた。   Subsequently, using the data of C. condimenti, it was verified whether the biomarker of the present invention could identify that the strain contained in the sample was C. condimenti. When the theoretical value of the biomarker L20 and the mass-to-charge ratio of L20 of C. condimenti were compared with each other, they matched the theoretical value of I, so that the bacterial species could be narrowed down to C. condimenti and C. sakazakii. Next, when the theoretical value of the biomarker L25 and the mass-to-charge ratio of L.25 of C. condimenti are compared, they agree with the theoretical value II. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. condimenti was C. condimenti. In this case, since no peak corresponding to L.24 of C. condimenti was detected, C. condimenti was identified from seven bacterial species using biomarkers L20 and L25. For example, peaks corresponding to L20 and L25 were detected. Even if no was detected, if a peak corresponding to L24 was detected, the theoretical value of L.24 was different from the other six strains, so it was possible to identify C. condimenti using L24. did it.

最後に、C. muytjensiiのデータを用いて、本発明のバイオマーカーによって含まれている菌種がC. muytjensiiであることを識別できるか検証した。バイオマーカーL20の理論値と、C. muytjensiiのL20の質量電荷比を比較すると、理論値のIIIの質量に一致するので、菌種をC. muytjensiiとC. dublinensisとC. universalisに絞ることができた。次に、バイオマーカーL25の理論値と、C. muytjensiiのL25の質量電荷比を比較すると、理論値のIに一致するので、菌種をC. muytjensiiとC. universalisに絞ることができた。バイオマーカーL24の理論値と、C. muytjensiiのL24の質量電荷比を比較すると、理論値のIに一致する。よって、C. muytjensiiのデータの菌種がC. muytjensiiであることが識別できた。なお、今回はバイオマーカーのL20とL25とL24を用いて7菌種からC. muytjensiiを識別したが、例えば、L24に相当するピークが全く検出されなかった場合でも、C. muytjensiiとC. universalisではL32の理論値が異なるので、L24のかわりにL32を用いてC. muytjensiiを識別することができた。同様にL24のかわりにRaiAを用いてもC. muytjensiiを識別できた。   Finally, using the data of C. muytjensii, it was verified whether the strain contained in the biomarker of the present invention could be identified as C. muytjensii. Comparing the theoretical value of the biomarker L20 with the mass-to-charge ratio of L20 of C. muytjensii, which matches the theoretical mass of III, it is possible to narrow down the bacterial species to C. muytjensii, C. dublinensis, and C. universalis. did it. Next, comparing the theoretical value of the biomarker L25 with the mass-to-charge ratio of L25 of C. muytjensii, which matches the theoretical value I, the bacterial species could be narrowed down to C. muytjensii and C. universalis. A comparison of the theoretical value of the biomarker L24 with the mass-to-charge ratio of C. muytjensii L24 agrees with the theoretical value of I. Therefore, it was possible to identify that the strain of the data of C. muytjensii was C. muytjensii. In this case, C. muytjensii was identified from the seven strains using the biomarkers L20, L25 and L24. For example, even when no peak corresponding to L24 was detected, C. muytjensii and C. universalis Since the theoretical value of L32 was different, C. muytjensii could be identified using L32 instead of L24. Similarly, C. muytjensii could be identified by using RaiA instead of L24.

以上から、リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして用いることで、クロノバクター属菌7菌種を識別できることを確認できた。また、本発明では、5つのリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして用いているので、菌種を識別できるバイオマーカーの組み合わせが複数存在する。そのため、本発明では、マススペクトルにおいてバイオマーカーに相当するピークが、例えば、1つ検出されなかった場合でも、他のバイオマーカーの組み合わせにより、菌種の識別を行うことができる場合がある。そのため、本発明では、他の組み合わせにより菌種を識別できる分だけ、MALDI-TOF MSによるマススペクトルを測定しなおすケースを減らすことができ、より簡便に菌種を特定できる。   From the above, it was confirmed that the use of the ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 as biomarkers allowed the identification of seven species of Chronobacter genus. In the present invention, since five ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 are used as biomarkers, there are a plurality of combinations of biomarkers capable of identifying bacterial species. Therefore, in the present invention, even when, for example, one peak corresponding to a biomarker is not detected in the mass spectrum, the bacterial species can sometimes be identified by a combination of other biomarkers. Therefore, in the present invention, the number of cases where the mass spectrum is re-measured by MALDI-TOF MS can be reduced as much as the bacterial species can be identified by other combinations, and the bacterial species can be specified more easily.

(3−5)バイオマーカーを用いた菌種識別の妥当性の検証
リボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20をバイオマーカーとして用いて行った菌種の識別結果が妥当であるか検証した。検証は、MALDI-TOF MSの結果からバイオマーカーを用いて菌種を識別する本発明の手法による識別結果と、クロノバクター属菌7菌種をすべて識別できるとされている遺伝子解析手法であるMultilocus Sequence Typing(MLST)法による識別結果とを比較することで行った。MLST法は、真菌及び細菌の株型別を行う分子疫学的解析方法であり、解析する遺伝子の内、fusAの塩基配列を比較することでクロノバクター属菌7菌種を識別できるとされている(J. Clin. Microbiol., Vol.50, No.9, p.3031-3039 (2012))。検証では、種々の環境や食品から分離されたクロノバクター属菌30株に対して、本発明の手法とMLST方法とにより菌種の識別を行った。
(3-5) Verification of validity of bacterial species identification using biomarkers It was verified whether the results of bacterial species identification performed using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 as biomarkers were valid. . The verification was carried out using the results of MALDI-TOF MS to identify the species using biomarkers according to the method of the present invention, and the gene analysis method Multilocus, which is said to be able to identify all seven species of Chronobacter. This was performed by comparing the results with the identification results obtained by the Sequence Typing (MLST) method. The MLST method is a molecular epidemiological analysis method for classifying fungal and bacterial strains. It is said that among the genes to be analyzed, seven species of Clonobacter genus can be identified by comparing the nucleotide sequence of fusA. (J. Clin. Microbiol., Vol. 50, No. 9, p. 3031-3039 (2012)). In the verification, the strains of 30 species of Clonobacter genus isolated from various environments and foods were identified by the method of the present invention and the MLST method.

本発明の手法による菌種の識別は、上記で説明した方法と同じであるので、説明は省略する。ここでは、MLST法による各菌株のfusA遺伝子の塩基配列の解析方法について、クロノバクター属菌30株から選んだ1株をMLST法により識別する場合を例として説明する。まず、選択したクロノバクター属菌の菌株を培養した。そして、培養したクロノバクター属菌からDNAを抽出した。遺伝子抽出用試薬PrepMan Ultra(Applied Biosystems社製)100μlに、培養したクロノバクター属菌のコロニーを少量懸濁し、100℃で10分加熱処理した。その後、遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、3分、25℃)し、上清をDNA抽出液として得た。   Since the identification of the bacterial species by the method of the present invention is the same as the method described above, the description will be omitted. Here, a method of analyzing the base sequence of the fusA gene of each strain by the MLST method will be described by taking as an example a case where one strain selected from 30 strains of Chronobacter is identified by the MLST method. First, the selected strain of Chronobacter was cultured. Then, DNA was extracted from the cultured Chronobacter bacterium. A small amount of a cultured colony of Chronobacter was suspended in 100 μl of a gene extraction reagent PrepMan Ultra (manufactured by Applied Biosystems) and heat-treated at 100 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 3 minutes, 25 ° C.), and the supernatant was obtained as a DNA extract.

DNA抽出液に抽出されたクロノバクター属菌のDNAに対してプライマー(Forward-GAAACCGTATGGCGTCAG、Reverse-AGAACCGAAGTGCAGACG)を用いて遺伝子領域fusAの増幅反応を行った。増幅産物をillustra GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit(GE Healthcare社製)を用いて精製後、プライマー(Forward-GCTGGATGCGGTAATTGA、Reverse-CCCATACCAGCGATGATG)を用いてサイクルシーケンス反応を実施した。増幅反応及びサイクルシーケンス反応の条件(PCR条件)は表4の通りである。   Amplification reaction of the gene region fusA was carried out on the DNA of the genus Clonobacter extracted in the DNA extract using primers (Forward-GAAACCGTATGGCGTCAG, Reverse-AGAACCGAAGTGCAGACG). After the amplification product was purified using illustra GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare), a cycle sequence reaction was performed using primers (Forward-GCTGGATGCGGTAATTGA, Reverse-CCCATACCAGCGATGATG). Table 4 shows the conditions of the amplification reaction and the cycle sequence reaction (PCR conditions).

サイクルシーケンス反応により得た増幅産物を、DyeEx 2.0 Spin Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した後、シーケンサーによりfusAの塩基配列を解析した。得られた塩基配列をMLST解析用のデータベースPubMLSTに入力し、fusAの塩基配列パターンから菌種の識別を行った。この作業を、他のクロノバクター属菌に対しても行い、クロノバクター属菌30株すべての菌種を識別した。本発明の手法による解析結果と、MLST法による解析結果を表5に示す。   After the amplification product obtained by the cycle sequence reaction was purified using DyeEx 2.0 Spin Kit (manufactured by QIAGEN), the nucleotide sequence of fusA was analyzed by a sequencer. The obtained nucleotide sequence was input to the MLST analysis database PubMLST, and the bacterial species was identified from the nucleotide sequence pattern of fusA. This operation was performed for other Chronobacter bacteria, and all 30 strains of Chronobacter were identified. Table 5 shows the analysis results by the method of the present invention and the analysis results by the MLST method.

表5では、MALDI-TOF MSにより観測され、バイオマーカーが帰属されたピークの質量電荷比も示している。表5中のMALDIという行が、本発明の手法による識別結果を示し、MLSTという行が、MLST法による識別結果を示している。表5に示すように、本発明の手法による識別結果が、全てMLST法による識別結果と一致した。よって、本発明の手法によるクロノバクター属菌7菌種の識別結果が妥当であることが確認できた。   Table 5 also shows the mass-to-charge ratio of the peak observed by MALDI-TOF MS and to which the biomarker was assigned. The line “MALDI” in Table 5 shows the identification result by the method of the present invention, and the line “MLST” shows the identification result by the MLST method. As shown in Table 5, the identification results obtained by the method of the present invention all matched the identification results obtained by the MLST method. Thus, it was confirmed that the results of the identification of the seven species of Chronobacter by the method of the present invention were appropriate.

なお、菌株によっては、帰属するピークが観測されなかったバイオマーカーがあった。しかし、他のバイオマーカーの質量パターンを組み合わせることで、検証に用いたクロノバクター属菌30株の菌種を1菌種に絞ることができた。例えば、B-1391では、バイオマーカーL32、L25、L24のピークが観測されなかったが、RaiA(m/z 12788.6)のピークにより、菌種をC. universalisと同定することができた。検証に用いたクロノバクター属菌30株は、C. sakazakii23株、C. malonaticus3株、C. universalis2株、C. turicensis1株、C. dublinensis1株と識別された。   In some strains, there were biomarkers for which no assigned peak was observed. However, by combining the mass patterns of other biomarkers, it was possible to narrow down the strains of the 30 strains of Clonobacter genus used for verification to one strain. For example, in B-1391, the peaks of biomarkers L32, L25, and L24 were not observed, but the bacterial species could be identified as C. universalis by the peak of RaiA (m / z 122788.6). The 30 Cronobacter bacteria used for the verification were identified as 23 strains of C. sakazakii, 3 strains of C. malonaticus, 2 strains of C. universalis, 1 strain of C. turicensis, and 1 strain of C. dublinensis.

(4)比較例
比較例として、微生物の同定手法としてよく用いられている16S rRNA遺伝子解析(500 bp)によりクロノバクター属菌の基準株7菌種を識別する実験を行った。
(4) Comparative Example As a comparative example, an experiment was performed to identify seven reference strains of the genus Clonobacter by 16S rRNA gene analysis (500 bp) which is often used as a microorganism identification technique.

まず、クロノバクター属菌の基準株をそれぞれ培養した。次いで、遺伝子抽出用試薬PrepMan Ultra(Applied Biosystems社製)100μlに、培養したクロノバクター属菌の基準株のコロニーを少量懸濁し、100℃で10分加熱処理した。その後、遠心分離(遠心分離の条件:21,500×g、3分、25℃)し、上清をDNA抽出液として得た。   First, reference strains of the genus Clonobacter were each cultured. Next, a small amount of a cultured colony of a standard strain of Clonobacter was suspended in 100 μl of a gene extraction reagent PrepMan Ultra (manufactured by Applied Biosystems), and heat-treated at 100 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged (centrifugation conditions: 21,500 × g, 3 minutes, 25 ° C.), and the supernatant was obtained as a DNA extract.

得られたDNA抽出液について、FAST MicroSeq 500 16S rDNA PCR Kit(Applied Biosystems社製)を用いて、クロノバクター属菌から抽出したDNAの16S rRNA遺伝子領域の増幅を行った。増幅産物をGFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit(GE Healthcare)を用いて精製後、MicroSeq 500 16S rDNA Bacterial Sequencing Kit(Applied Biosystems社製)を用いてサイクルシーケンス反応を行った。増幅反応及びサイクルシーケンス反応の条件(PCR条件)は表6の通りである。   Using the FAST MicroSeq 500 16S rDNA PCR Kit (Applied Biosystems), the obtained DNA extract was used to amplify the 16S rRNA gene region of the DNA extracted from the genus Clonobacter. After the amplification product was purified using GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare), a cycle sequence reaction was performed using MicroSeq 500 16S rDNA Bacterial Sequencing Kit (Applied Biosystems). Table 6 shows the conditions of the amplification reaction and the cycle sequence reaction (PCR conditions).

サイクルシーケンス反応により得た増幅産物をDyeEx 2.0 Spin Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した後、シーケンサー(ABI PRISMジェネティックアナライザー3500xL、Applied Biosystems社製)によりクロノバクター属菌から抽出したDNAの塩基配列を解析した。データベースEZ taxonに解析した塩基配列を入力し、相同性が99%以上の菌種を基準株の菌種として識別した。この作業を他の基準株に対しても行った。その結果、表7に示すように、C. sakazakii及びC. malonaticusでは、どちらの基準株の識別結果も相同性が99%以上となり、C. sakazakiiとC. malonaticusとを識別することができなかった。また、C. turicensis及びC. universalisについても、どちらの基準株の識別結果も相同性が99%以上となり、C. turicensisとC. universalisとを識別することができなかった。   After purifying the amplification product obtained by the cycle sequence reaction using the DyeEx 2.0 Spin Kit (manufactured by QIAGEN), the nucleotide sequence of the DNA extracted from the genus Chronobacter by a sequencer (ABI PRISM Genetic Analyzer 3500xL, manufactured by Applied Biosystems) Was analyzed. The analyzed nucleotide sequence was input to the database EZ taxon, and strains having a homology of 99% or more were identified as strains of the reference strain. This was done for the other reference stocks. As a result, as shown in Table 7, in C. sakazakii and C. malonaticus, the homology of both reference strains was 99% or more, and C. sakazakii and C. malonaticus could not be distinguished from each other. Was. In addition, for C. turicensis and C. universalis, the homology of both reference strains was 99% or more, and C. turicensis and C. universalis could not be distinguished.

1 識別装置
2 質量分析部
3 識別処理部
4 表示部
5 取得部
6 選択部
7 抽出部
8 識別部
9 記憶部
REFERENCE SIGNS LIST 1 identification device 2 mass analysis unit 3 identification processing unit 4 display unit 5 acquisition unit 6 selection unit 7 extraction unit 8 identification unit 9 storage unit

配列番号1:フォワードプライマーSEQ ID NO: 1: forward primer
配列番号2:リバースプライマーSEQ ID NO: 2: Reverse primer
配列番号3:フォワードプライマーSEQ ID NO: 3: forward primer
配列番号4:リバースプライマーSEQ ID NO: 4: Reverse primer

Claims (9)

試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、前記マススペクトルから抽出する抽出ステップと、
前記質量電荷比に基づいて、前記試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する識別ステップとを有し、
前記バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いる
微生物の識別方法。
An extraction step of extracting a mass-to-charge ratio of a biomarker-derived peak in a mass spectrum obtained by mass analysis of a sample, from the mass spectrum,
Based on the mass-to-charge ratio, an identification step of identifying the species of Clonobacter genus contained in the sample,
A method for identifying a microorganism, wherein ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA, and L20 are used as the biomarkers.
前記マススペクトルに現れたピークの質量電荷比と、前記バイオマーカーの質量の理論値とを比較して、前記マススペクトルにおける前記バイオマーカー由来のピークを選択する選択ステップを有する
請求項1に記載の微生物の識別方法。
The method according to claim 1, further comprising: comparing a mass-to-charge ratio of a peak appearing in the mass spectrum with a theoretical value of the mass of the biomarker to select a peak derived from the biomarker in the mass spectrum. A method for identifying microorganisms.
前記識別ステップは、前記質量電荷比と、前記クロノバクター属菌の菌種毎に算出した前記バイオマーカーの質量の理論値とを比較して、前記菌種を識別する
請求項1に記載の微生物の識別方法。
The microorganism according to claim 1, wherein the identification step identifies the bacterial species by comparing the mass-to-charge ratio with a theoretical value of the mass of the biomarker calculated for each bacterial species of the genus Clonobacter. Identification method.
前記クロノバクター属菌は、C. sakazakii、C. malonaticus、C. dublinensis、C. turicensis、C. universalis、C. condimenti及びC. muytjensiiである
請求項1〜3のいずれか1項に記載の微生物の識別方法。
The microorganism according to any one of claims 1 to 3, wherein the Clonobacter bacterium is C. sakazakii, C. malonaticus, C. dublinensis, C. turicensis, C. universalis, C. condimenti, and C. muytjensii. Identification method.
試料を質量分析して得られたマススペクトルにおける、バイオマーカー由来のピークの質量電荷比を、前記マススペクトルから抽出する抽出部と、
前記質量電荷比に基づいて、前記試料に含まれているクロノバクター属菌の菌種を識別する識別部とを有し、
前記バイオマーカーとしてリボソーム関連タンパク質L32、L25、L24、RaiA及びL20を用いる
微生物の識別装置。
In the mass spectrum obtained by mass analysis of the sample, the mass-to-charge ratio of the peak derived from the biomarker, an extraction unit that extracts from the mass spectrum,
Based on the mass-to-charge ratio, having an identification unit for identifying the species of Clonobacter genus contained in the sample,
A microorganism identification device using ribosome-related proteins L32, L25, L24, RaiA and L20 as the biomarkers.
前記マススペクトルに現れたピークの質量電荷比と、前記バイオマーカーの質量の理論値とを比較して、前記マススペクトルにおける前記バイオマーカー由来のピークを選択する選択部をさらに備える
請求項5に記載の微生物の識別装置。
The mass-to-charge ratio of the peak appearing in the mass spectrum, and a theoretical value of the mass of the biomarker are compared, and a selection unit that selects the peak derived from the biomarker in the mass spectrum is further provided. Microorganism identification device.
前記識別部は、前記質量電荷比と、前記クロノバクター属菌の菌種毎に算出した前記バイオマーカーの質量の理論値とを比較して、前記菌種を識別する
請求項5に記載の微生物の識別装置。
The microorganism according to claim 5, wherein the identification unit identifies the bacterial species by comparing the mass-to-charge ratio with a theoretical value of the mass of the biomarker calculated for each bacterial species of the genus Clonobacter. Identification device.
前記クロノバクター属菌は、C. sakazakii、C. malonaticus、C. dublinensis、C. turicensis、C. universalis、C. condimenti及びC. muytjensiiである
請求項5〜7のいずれか1項に記載の微生物の識別装置。
The microorganism according to any one of claims 5 to 7, wherein the Clonobacter bacterium is C. sakazakii, C. malonaticus, C. dublinensis, C. turicensis, C. universalis, C. condimenti, and C. muytjensii. Identification device.
コンピュータに請求項1〜4のいずれかに記載の微生物の識別方法を実行させるためのプログラム。

A program for causing a computer to execute the microorganism identification method according to claim 1.

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