JP6284883B2 - 細菌集団を直接用いて黄色ブドウ球菌のδ溶血素を質量分析により検出する方法 - Google Patents
細菌集団を直接用いて黄色ブドウ球菌のδ溶血素を質量分析により検出する方法 Download PDFInfo
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Description
a)上記サンプル中に存在する分子をレーザービームの作用によりイオン化することが可能な媒体に上記サンプルを接触させて置く工程、
b)上記サンプル中に存在する分子をレーザービームを用いてイオン化する工程、
c)得られたイオン化された分子を電位差によって加速する工程、
d)そのイオン化され、加速された分子を、減圧下の少なくとも1本の管内で自由に移動させる工程、
e)そのイオン化され、加速され、自由に移動させた分子の少なくとも一部を検出して、それらが減圧下の少なくとも1本の管を通過するのにかかった時間を測定するとともに、任意の瞬間に検出されたイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程、
f)その検出された分子の質量電荷比[m/z]を算出して、その検出された分子のm/z比の関数として、同じ質量電荷比[m/z]のイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程、
g)工程b)で得られたイオン化された分子のなかに、質量/電荷比[m/z]が3005±5Th又は3035±5Thのイオン化された分子が存在するかどうかを直接又は間接的に決定する工程、
h)工程g)で得られた結果に沿った決定を下す工程
を含む方法に関する。
・3005±5Thのピークの場合には、質量147.113、275.208、376.255、523.324、651.419、765.462、864.530、965.578、1080.605、1193.689、1306.773、1492.852、1620.947、1720.016、1833.100、1948.127、2005.148、2118.232、2219.280、2306.312、2419.396、2532.480、2647.507、2775.565、2846.603及び2976.635±1.5Th(公差)のyイオンフラグメント;並びに、質量131.040、202.077、330.136、445.163、558.247、671.331、758.363、859.410、972.494、1029.516、1144.543、1257.627、1356.695、1484.790、1670.870、1783.954、1897.038、2012.065、2113.112、2212.181、2326.224、2454.319、2601.387、2702.435、2830.530及び2958.625±1.5Th(公差)のbイオンフラグメント、並びに/又は、
・3035±5Thのピークの場合には、質量147.113、275.208、376.255、523.324、651.419、765.462、864.530、965.578、1080.605、1193.689、1306.773、1492.852、1620.947、1720.016、1833.100、1948.127、2035.159、2148.243、2249.290、2336.322、2449.406、2562.491、2677.517、2805.576、2876.613及び3006.646±1.5Th(公差)のyイオンフラグメント;並びに、質量131.040、202.077、330.136、445.163、558.247、671.331、758.363、859.410、972.494、1059.526、1174.553、1287.638、1386.706、1514.801、1700.880、1813.964、1927.048、2042.075、2143.123、2242.191、2356.234、2484.329、2631.398、2732.445、2860.540及び2988.635±1.5Th(公差)のbイオンフラグメント
のうちの少なくとも5個、好ましくは少なくとも10個のフラグメントの存在から間接的に推断されるのが好ましい。
・飛行時間ごとのマトリックス支援脱離イオン化による質量分析に適したマトリックスの表面又は内部に、検査するサンプルを配置する工程、
・上記サンプルの分子が表面又は内部に吸着した上記マトリックスの結晶化を行う工程、
・その結晶化したマトリックス/サンプル混合物をレーザービームを用いてイオン化する工程、
・得られたイオン化された分子を電位差によって加速する工程、
・そのイオン化され、加速された分子を減圧下の管内で自由に移動させる工程、
・そのイオン化された分子を上記管の出口で検出して、それらが減圧下の上記管を通過するのにかかった時間を測定するとともに、任意の瞬間に検出器に到達したイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程、
・その検出された分子の質量電荷比[m/z]を算出して、その検出された分子のm/z比の関数として、同じ質量電荷比[m/z]のイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程
を含んでもよい。
・MALDI−TOF−TOF MSに適したマトリックスの表面又は内部に、検査するサンプルを配置する工程、
・上記サンプルの分子が表面又は内部に吸着した上記マトリックスの結晶化を行う工程、
・その結晶化したマトリックス/サンプル混合物をレーザービームを用いてイオン化する工程、
・得られたイオン化された分子を電位差によって加速する工程、
・そのイオン化され、加速された分子を減圧下の第一管内で自由に移動させる工程、
・上記第一管の通過後、断片化する分子イオンの質量を有するイオン化された分子を選択し、他のすべてのイオンを例えば静電偏向器等によって除去する工程、
・上記イオン化された分子の断片化を、場合によっては不活性ガスを用いることにより、行う工程、
・上記イオン化された分子を加速させるための電位を例えば電位グリッド等により再び増加させて、上記フラグメントイオン及び前駆体イオンに異なる運動エネルギーを付与する工程、
・上記イオン化された分子の断片化されたもの又はされていないものを減圧下の第二管内で自由に移動させる工程、
・そのイオン化された分子を上記管の出口で検出して、それらが減圧下の上記管を通過するのにかかった時間を測定するとともに、任意の瞬間に検出器に到達したイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程、
・その検出された分子の質量電荷比[m/z]を算出して、その検出された分子のm/z比の関数として、同じ質量電荷比[m/z]のイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程
を含んでもよい。
i)サンプル/マトリックス混合物をイオン化するためのイオン化源(通常、UVレーザー)と;
ii)イオン化された分子を電位差を印加することにより加速するための加速器と;
iii)イオン化され、加速された分子が内部で移動する減圧下の管と;
iv)形成された分子イオンをその質量電荷比(m/z)に応じて分離するための質量分析計と;
v)分子イオンによって直接生成されたシグナルを測定するための検出器
を有する。
・質量147.113、275.208、376.255、523.324、651.419、765.462、864.530、965.578、1080.605、1193.689、1306.773、1492.852、1620.947、1720.016、1833.100、1948.127、2005.148、2118.232、2219.280、2306.312、2419.396、2532.480、2647.507、2775.565、2846.603及び2976.635のyイオンフラグメント;並びに、
・質量131.040、202.077、330.136、445.163、558.247、671.331、758.363、859.410、972.494、1029.516、1144.543、1257.627、1356.695、1484.790、1670.870、1783.954、1897.038、2012.065、2113.112、2212.181、2326.224、2454.319、2601.387、2702.435、2830.530及び2958.625のbイオンフラグメントとなる。
・質量147.113、275.208、376.255、523.324、651.419、765.462、864.530、965.578、1080.605、1193.689、1306.773、1492.852、1620.947、1720.016、1833.100、1948.127、2035.159、2148.243、2249.290、2336.322、2449.406、2562.491、2677.517、2805.576、2876.613及び3006.646のyイオンフラグメント;並びに、
・質量131.040、202.077、330.136、445.163、558.247、671.331、758.363、859.410、972.494、1059.526、1174.553、1287.638、1386.706、1514.801、1700.880、1813.964、1927.048、2042.075、2143.123、2242.191、2356.234、2484.329、2631.398、2732.445、2860.540及び2988.635のbイオンフラグメントとなる。
●マトリックス
そのまま使用可能なα−シアノ−4−ヒドロキシケイ皮酸[CHCA]マトリックス(品番411071、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール))を使用。
使い捨てのターゲットVitek MS DS(R)(品番410893、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール))を使用。各分析に大腸菌ATCC8739株を使用することで、質量分析計の校正を行い、その校正の有効性を確認する。
黄色ブドウ球菌株は、少量のコロニーの薄いスメア(薄層状のスメア)として配置する。このスメアを室温で5〜15分間乾燥させる。その後、1ミリリットルのCHCAマトリックスを配置してから、室温で約5〜15分間乾燥させる。
MALDI TOF型質量分析計(型式:Axima Assurance(R)、Shimadzu社(フランス国シャンシュルマルヌ))を使用。
黄色ブドウ球菌株の分析時に以下の質量分析計の調整パラメーターを用いた。
・質量の検出領域:2,000〜20,000Th
・レーザーの出力:80ボルト
・レーザーの周波数:50ヘルツ
・レーザータイプ:N2
・質量分析計モード:線形、ポジティブ
・引出電源:8330Th
・Activated≪self−quality≫モード
・最小強度:10mV
・最小シグナル/ノイズ比:10
・最低許容解像度:300
・ヒット数:5ヒット/プロファイル
・スペクトル毎のプロファイル数:100
Sirweb−Maldi−Tof(R)version 11ソフトウェアパッケージ(I2A社(フランス国ペロル))又はTarget Manager(R)version 1.12ソフトウェアパッケージ(bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール))を用いてプレートの使用計画(plate plan)を作成する。質量分析計は、LaunchPad(R)version 2.8.4.20081127ソフトウェアパッケージ(Shimadzu社(フランス国シャンシュルマルヌ))により作動させる。
●分析前パラメーター
ウマ血液を含むゲロース(TSH、品番43061、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール))で好気性雰囲気下、35±2℃で18〜24時間、継代培養した後の株を分析。
少量のコロニーから、細菌同定の際に日常的に用いられる「スメア法」に従って使い捨てのターゲット上に配置。
5〜15分間室温で乾燥。
CHCAマトリックス1μLを上記配置物上に添加。
5〜15分間乾燥。
Sirweb−Maldi−Tof(R)又はTarget Manager(R)ソフトウェアパッケージによって「プレートの使用計画」を作成。
質量分析計Axima Assurance(R)を制御するためのLaunchpad(R)ソフトウェアパッケージを用いてMALDI TOF MSによる分析を開始。
a.検出の有効性
i.黄色ブドウ球菌の同質遺伝子系統の使用
agr遺伝子座の対立遺伝子置換で得られたagr/rnaIII/hld系の同質遺伝子系統の分析によって、agrシステム機能株について3005±5Thのピークが存在することが示された。これに対して、agrシステムが変異していること以外は上記親株と同一である同質遺伝子系統では、3005±5Thのピークが存在しなかった。試験したRN6390株は、agrシステムが機能しており、δ溶血素を産生する。一方、LUG 950株は、RN6390株から派生したものであるが、RNAIIIをコードする遺伝子が無効化されており、この株はδ溶血素合成が欠損している。さらに、RN 6911株は、RN6390株のagr遺伝子座(RNAII及びRNAIII)が完全に欠失した株であり、この株はδ溶血素合成が欠損している。表1及び図2に、得られた結果をまとめる。図2には、試験した3株で得られた、m/z比2,800〜3,200のWC MALDI−TOF MS質量スペクトルを示す。
この検出を日常業務として行う場合に、必要とされる培養条件が極めて厳しいものにならないように、室内再現性及び室内精度のデータを確立した。このために、上述した同質遺伝子系統3株(すなわち、RN6390;LUG 950;及び、RN 6911)を使用し、さらに、一方はδ溶血素を発現し(すなわちBE1046 1395)、他方は発現しない(すなわちBE1048 1354)臨床株2株を使用した。ウマ血液を含むゲロース(TSH、品番43061、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール))でこれらの株を18、24及び48時間培養した。そして、これらの株をWC−MS MALDI TOF MSで2回試験した。すべてのδ溶血素産生株について、すべての場合及びすべての培養時間で3005±5Thのピークが検出され、agrシステムの機能不全株が存在しないことが分かった(図3)。
培地の影響についても評価した。同じ5株(同質遺伝子系統3株、及び、一方はδ溶血素を発現し、他方は発現しない臨床株2株)を以下の5つの異なる培地で好気条件下、24時間、35±2℃で培養した。ウマ血液を含むゲロース(TSH、品番43061、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール));コロンビアゲロース(COS、品番43041、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール));「チョコレート」ゲロース(PVX、品番43101、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール));ゲロースP(GP、Bacto−Peptone DIFCO(R)、Becton Dickinson社(フランス国ポンドクレ));及び、黄色ブドウ球菌検出用発色ゲロース(ChromID Staph(R)、品番43371、bioMerieux社(フランス国マルシーレトワール))。表2に示されるように、これらの異なる培養条件は、3005±5Thのピークを用いたWC−MALDI TOF MSによるδ溶血素の検出に影響しない。
3005±5Thのピークが存在しないことで明らかになるagrシステムの機能不全の臨床的影響を調べるために、Hospices Civils de Lyon[HCL]の「Centre de Biologie et Pathologie Est」[CPBE]の細菌学研究所で2010年11月から2011年3月の間に168株の分離株のコレクションを予め採取した。これらのうち139株(82.7%)は、WC−MALDI TOF MSにおいて3005±5Thのピークを示し;12株(7.2%)は、3035±5Thのピークを示すが、3005±5Thは示さず;最後に、17株(10.1%)は、3005±5Thのピークも3035±5Thのピークも示さなかった。第二の方法で得られた結果を確認するために、血液を含むゲロースでの溶血試験を行った。上記17株は、3005±5Thでも3035±5Thでもピークを示さず、溶血も見られなかった。それに対して、3005±5Thのピークは示さないが、3035±5Thのピークは示す10株は、溶血試験陽性であった。最後に、上記139株から無作為に選ばれた、3005±5Thのピークを有する5株の溶血試験から、δ溶血素の検出が陽性であることが分かった。3005±5Thのピークが存在しない場合の3035±5Thのピークの存在が溶血の存在と関連していることを説明するために、δ溶血素をコードする遺伝子hldのシークエンシングを行った。上記10株では、10位のグリシンがセリンに置換された変異(G10S)が検出されたが、これはMALDI TOF MSで測定された質量の変化を説明するものである(図4)。図4にm/z比2,800〜3,200のWC−MALDI TOF MSスペクトルを示した株のうち、BE1046 1395株及びBE1103 3028株は、野生型δ溶血素(δ+)を産生し;BE1050 5040株及びBE1104 4293株は、G10S変異を有するδ溶血素(δ+G10S)を産生し;BE1106 5397株及びBE1048 2354株は、δ溶血素が欠損している(δ−)。
「MALDI−TOF/飛行時間」質量分析法[MALDI TOF−TOF MS]によって以下の9株を分析した。上述の同質遺伝子系統3株(すなわち、RN6390;LUG 950;及び、RN 6911)、3005±5Thのピークも3035±5Thのピークも示さない非溶血性臨床株2株、3005±5Thのピークを示す溶血性臨床株2株、並びに、3035±5Thのピークを示すが、3005±5Thのピークは示さない溶血性臨床株2株。
上記分離株168株の採取と並行して、黄色ブドウ球菌の感染又は保菌の急性性/慢性性に関する臨床情報を集めた。慢性感染症は、検査時に分離された黄色ブドウ球菌株と同一の耐性記録を有する株が、6か月前まで分離されていることを確認するという臨床・生物学的基準に基づいて定義される。それ以外の場合はすべて、その感染又は保菌を急性として分類した。また、高頻度で慢性感染症との関連が認められる移植可能な器具:カテーテル、骨・関節プロテーゼ又は血管プロテーゼ(Hawkins,C.,J.Huang,et al.(2007).“Persistent Staphylococcus aureus 45 bacteremia:an analysis of risk factors and outcomes.”Arch Intern Med 167(17):1861−1867)の存在についても情報を集めた。
予め採取した上記168株について、表現型法を用いてGISAを調べた。5株がGISAと判明し、この5株中4株が3005±5Thでも3035±5Thでもピークを示さなかった(δ−)。この検査で得られたGISA株の数が少なかったことから、「Centre National de Reference des Staphylocoques」によって完全に性質決定されたGISA株28株のコレクションのδ溶血素の産生について分析した。臨床検査によれば、28株中9株がδ−であったのに対し、非GISA株では13/163であった。これによっても、agrシステムの機能不全と耐性表現型GISAとの関連(p=0.001)が確認された。
Claims (10)
- 黄色ブドウ球菌の細菌集団を含むサンプルを質量分析法で検査する方法であって、
a)前記サンプル中に存在する分子をレーザービームの作用によりイオン化することが可能な媒体に前記サンプルを接触させて置く工程、
b)前記サンプル中に存在する分子をレーザービームを用いてイオン化する工程、
c)得られたイオン化された分子を電位差によって加速する工程、
d)そのイオン化され、加速された分子を、減圧下の少なくとも1本の管内で自由に移動させる工程、
e)そのイオン化され、加速され、自由に移動させた分子の少なくとも一部を検出して、それらが減圧下の少なくとも1本の管を通過するのにかかった時間を測定するとともに、任意の瞬間に検出されたイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程、
f)その検出された分子の質量電荷比[m/z]を算出して、その検出された分子のm/z比の関数として、同じ質量電荷比[m/z]のイオン化された分子の数に相当するシグナルを得る工程、
g)工程b)で得られたイオン化された分子のなかに、質量/電荷比[m/z]が3005±5Th又は3035±5Thのイオン化された分子が存在するかどうかを直接又は間接的に決定する工程、
h)工程g)で得られた結果に沿った決定を下す工程
を含み、
工程h)は、m/zが3005±5Thのイオン化された分子とm/zが3035±5Thのイオン化された分子の両方が存在しないことと、分析中の黄色ブドウ球菌の細菌集団にδ溶血素及びその変異体G10Sが存在しないこととの相関性を用いる工程であるか、
工程h)は、m/zが3005±5Thのイオン化された分子とm/zが3035±5Thのイオン化された分子の両方が存在しないことと、分析中の黄色ブドウ球菌の細菌集団のagr(「Accessory Gene Regulator」)システムが機能不全であることとの相関性を用いる工程であるか、
工程h)は、m/zが3005±5Thのイオン化された分子とm/zが3035±5Thのイオン化された分子の両方が存在しないことと、分析中の黄色ブドウ球菌の細菌集団をグリコペプチドに対する感受性が低い恐れがあるもの(すなわちGISA)として分類することとの相関性を用いる工程であるか、
分析する黄色ブドウ球菌の細菌集団は、患者から採取した生体サンプル由来であり、かつ、工程h)は、m/zが3005±5Thのイオン化された分子とm/zが3035±5Thのイオン化された分子の両方が存在しないことと、agrシステムの機能不全に関連することが知られている臨床診断を前記患者に対して下すこととの相関性を用いる工程であるか、
又は、
分析する黄色ブドウ球菌の細菌集団は、患者から採取した生体サンプル由来であり、かつ、工程h)は、m/zが3005±5Thのイオン化された分子とm/zが3035±5Thのイオン化された分子の両方が存在しないことと、前記患者が慢性感染症を有するとの診断との相関性を用いる工程である、方法。 - 細菌数が10〜10 9 の集団を含むサンプルに質量分析法を行うことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 細菌数が10 5 〜10 6 の集団を含むサンプルに質量分析法を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 用いる質量分析法は、マトリックス支援脱離イオン化−飛行時間型(MALDI−TOF)質量分析(MS)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程g)の決定は、得られた質量スペクトルにm/z値が3005±5Th若しくは3035±5Thのピークが存在すること、又は、3005±5Th及び3035±5Thの両方のピークが存在しないことから直接推断されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 用いる質量分析法は、MALDI−TOF/TOF質量分析であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程d)において、前記イオン化された分子を減圧下の第一管内で移動させ、質量m/zが3005±5Thのイオン、及び/又は、質量m/zが3035±5Thのイオンを選択し、そのイオン化された分子を断片化した後に再び加速して、前記イオン化された分子の断片化されたもの又はされていないものを第二管内で自由に移動させることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 工程g)の決定は、以下のy及びbイオンフラグメント:
3005±5Thのピークの場合には、質量147.113、275.208、376.255、523.324、651.419、765.462、864.530、965.578、1080.605、1193.689、1306.773、1492.852、1620.947、1720.016、1833.100、1948.127、2005.148、2118.232、2219.280、2306.312、2419.396、2532.480、2647.507、2775.565、2846.603及び2976.635±1.5Th(公差)のyイオンフラグメント;並びに、質量131.040、202.077、330.136、445.163、558.247、671.331、758.363、859.410、972.494、1029.516、1144.543、1257.627、1356.695、1484.790、1670.870、1783.954、1897.038、2012.065、2113.112、2212.181、2326.224、2454.319、2601.387、2702.435、2830.530及び2958.625±1.5Th(公差)のbイオンフラグメント、並びに/又は、
3035±5Thのピークの場合には、質量147.113、275.208、376.255、523.324、651.419、765.462、864.530、965.578、1080.605、1193.689、1306.773、1492.852、1620.947、1720.016、1833.100、1948.127、2035.159、2148.243、2249.290、2336.322、2449.406、2562.491、2677.517、2805.576、2876.613及び3006.646±1.5Th(公差)のyイオンフラグメント;並びに、質量131.040、202.077、330.136、445.163、558.247、671.331、758.363、859.410、972.494、1059.526、1174.553、1287.638、1386.706、1514.801、1700.880、1813.964、1927.048、2042.075、2143.123、2242.191、2356.234、2484.329、2631.398、2732.445、2860.540及び2988.635±1.5Th(公差)のbイオンフラグメント
のうちの少なくとも5個のフラグメントの存在から間接的に推断されることを特徴とする請求項6又は7に記載の方法。 - 前記サンプルを接触させる媒体は、ターゲット上に配置した、MALDI MSに適したマトリックスであり、前記方法は、工程b)の前に、前記サンプルの分子が表面又は内部に吸着した前記マトリックスの結晶化を行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マトリックスは、3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシケイ皮酸、α−シアノ−4−ヒドロキシケイ皮酸、フェルラ酸及び2,5−ジヒドロキシ安息香酸から選択される化合物を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
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