RU2501011C2 - Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin - Google Patents

Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin Download PDF

Info

Publication number
RU2501011C2
RU2501011C2 RU2012101198/15A RU2012101198A RU2501011C2 RU 2501011 C2 RU2501011 C2 RU 2501011C2 RU 2012101198/15 A RU2012101198/15 A RU 2012101198/15A RU 2012101198 A RU2012101198 A RU 2012101198A RU 2501011 C2 RU2501011 C2 RU 2501011C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
microorganisms
markers
chromatogram
standard
Prior art date
Application number
RU2012101198/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012101198A (en
Inventor
Георгий Андреевич Осипов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Центр дисбиозов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Центр дисбиозов" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Центр дисбиозов"
Priority to RU2012101198/15A priority Critical patent/RU2501011C2/en
Publication of RU2012101198A publication Critical patent/RU2012101198A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2501011C2 publication Critical patent/RU2501011C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnologies.
SUBSTANCE: qualitative and quantitative chromatography-mass spectrometric analysis of the tested biological material is performed for content of fatty acids and oxyacids; identification of a separate taxon of a microorganism is separated and performed as per its (taxon) profile and marker signs; for that purpose, specific ions of microorganism ions are determined by means of a mass fragmentography method with further determination of a full biocenosis of microorganisms (activators, taxons) in the investigated material of biological origin; applying an internal standard (template) method, components of the sample are identified as per fatty acids and oxyacids by comparing the obtained data to the standard database, and their quantitative content is determined; with that, before the measurement of a series of routine clinic samples of the tested material is carried out, a random sample of excrements is taken, thus accepting it as a reference mixture; based on the reference mixture, a chromatogram is built, and as per the obtained qualitative and quantitative characteristics of biocenosis of microorganisms of the sample of this reference mixture there determined are peaks of specific ions on time scale of retention for further calculation of composition of biocenosis of microorganisms in further series of clinic samples as per markers of those microorganisms; with that, qualitative and quantitative characteristics of biocenosis of microorganisms of the random excrement sample are taken as required and sufficient quantity characterising any tested material of biological origin, and identification of specific ion is performed based on detection of peaks of chromatogram of markers from standard (test) database.
EFFECT: improving accuracy and reliability; simplifying calibration.
13 cl, 12 dwg

Description

Изобретение может использоваться в медицине, экологии, биотехнологии, ветеринарии, растениеводстве, пищевой промышленности. Используется при определении микробных сообществ в условиях превалирующего количества субстрата биологического происхождения, в частности для клинических рутинных медицинских анализов биологических жидкостей и тканей (проб) человека, животных и растений, а также мониторинга лечебных мероприятий и коррекции дисбиозов, контроля пищевых продуктов и других субстратов биологического происхождения.The invention can be used in medicine, ecology, biotechnology, veterinary medicine, crop production, food industry. It is used in the determination of microbial communities under the conditions of a prevailing amount of a substrate of biological origin, in particular for clinical routine medical analyzes of biological fluids and tissues (samples) of humans, animals and plants, as well as monitoring of therapeutic measures and correction of dysbiosis, food control and other substrates of biological origin .

Способ относится к биохимическим методам исследования с применением газовой хроматограции - масс-спектрометрии в режиме масс-фрагментографии, т.е. с использованием способа измерения по селективным ионам, характеризующим маркеры микроорганизмов, для молекулярного микробиологического анализа.The method relates to biochemical research methods using gas chromatography - mass spectrometry in mass fragmentography mode, i.e. using a method for measuring selective ions characterizing markers of microorganisms for molecular microbiological analysis.

Известно изобретение «Способ определения содержания этилового спирта и других метаболитов в крови человека», патент RU 2436088, опубл. 10.12.2011, МПК G01N 33/48, G01N 30/02, в котором хроматограф предварительно калибруют по этиловому спирту и другим метаболитам, а также пропиленгаиколю, используя не менее трех калибровочных смесей. Способ позволяет одновременно определить количественное содержание в крови человека этилового спирта, диэтилового эфира, ацетальдегида, ацетона, метилацетата, этилацетата, пропилового спирта, изобутилового спирта, бутилового спирта, изоамилового спирта и других метаболитов методом газожидкостной хроматографии. Однако изобретение не решает задачу калибровки на основе калибровочного шаблона (стандарта), полученного для сложных микробиологических сообществ в биологических средах, используя ограниченное количество компонентов для калибровки.The invention is known "A method for determining the content of ethyl alcohol and other metabolites in human blood", patent RU 2436088, publ. 12/10/2011, IPC G01N 33/48, G01N 30/02, in which the chromatograph is pre-calibrated with ethyl alcohol and other metabolites, as well as propylene glycol, using at least three calibration mixtures. The method allows to simultaneously determine the quantitative content in the human blood of ethyl alcohol, diethyl ether, acetaldehyde, acetone, methyl acetate, ethyl acetate, propyl alcohol, isobutyl alcohol, butyl alcohol, isoamyl alcohol and other metabolites by gas-liquid chromatography. However, the invention does not solve the calibration problem based on a calibration template (standard) obtained for complex microbiological communities in biological media using a limited number of components for calibration.

Известно изобретение «Способ дифференциации чумного и псевдотуберкулезного микробов с одновременной внутривидовой дифференциацией штаммов чумного микроба», патент RU 2332464, опубл. 27.08.2008, МПК C12Q 1/68, включающий дифференциацию микроорганизмов путем сравнения размера ампликона исследуемого микроорганизма (штамма) с маркером. Однако изобретение позволяет осуществить сравнение размера образовавшегося ампликона исследуемых штаммов с маркерами только в узкой области применения, где в качестве маркера используют смесь ампликонов референтных штаммов. В изобретении используют в качестве маркера только стандартные маркеры из имеющейся базы данных.The invention is known "Method for the differentiation of plague and pseudotuberculosis microbes with simultaneous intraspecific differentiation of strains of the plague microbe", patent RU 2332464, publ. 08/27/2008, IPC C12Q 1/68, including the differentiation of microorganisms by comparing the amplicon size of the studied microorganism (strain) with a marker. However, the invention allows comparison of the size of the formed amplicon of the studied strains with markers only in a narrow field of application, where a mixture of amplicons of reference strains is used as a marker. In the invention, only standard markers from an existing database are used as a marker.

Известно изобретение «Способ выявления возбудителя инфекционного процесса в стерильных биологических средах макроорганизма», патент RU 2146368, опубл. 10.03.2000, МПК G01N 33/48, G01N 33/52, в котором осуществляют количественный хромато-масс-спектрометрический анализ исследуемой пробы на содержание жирных кислот, оксикислот и других химических компонентов и последующее выявление возбудителя путем сравнения полученных данных со стандартной базой данных. Способ позволяет выявить возбудитель без предварительного посева исследуемого клинического или другого биологического материала. Стерильная проба подвергается химическому анализу методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии в режиме масс-фрагментографии (ГХ-МС-МФ) с целью обнаружения химических компонентов - маркеров потенциальных возбудителей, содержащихся в биологическом субстрате на уровне менее 1%. Узнавание (идентификация) микроорганизмов, взаимодействующих в данный момент с иммунной системой, макроорганизма, производится по наличию единичных маркеров, специфичных для данного таксона (рода, вида, группы), а также по их комбинации, количественному соотношению и материальному балансу отдельных химических веществ пробы. Однако при идентификации членов микст-инфекции и определении их концентрации используют математический алгоритм анализа суперпозиций части липидных профилей по данным состава липидных компонентов чистых культур микроорганизмов, без учета воздействия на иммунную систему каждого отдельного микроорганизма, идентификация проводится путем наложения вкладов от разных микроорганизмов и фона биологической жидкости. Основой расчетов служат только уже известные калибровочные данные и стандартный банк данных по химическому составу микроорганизмов. Изобретение использует только стандартный банк данных и не использует калибровочный шаблон (стандарт), изготовленный непосредственно перед проведением серии измерений проб исследуемого материала, который используется для калибровки прибора. Недостатком данного способа является необходимость выверки результатов интегрирования целевых хроматографических пиков маркеров, что увеличивает время анализа и требует участия специально обученного персонала. Последнее сопряжено также с элементом субъективизма в результатах измерений.The invention is known "A method for identifying the causative agent of an infectious process in sterile biological environments of a macroorganism", patent RU 2146368, publ. 03.03.2000, IPC G01N 33/48, G01N 33/52, in which a quantitative chromatographic-mass spectrometric analysis of the test sample is carried out for the content of fatty acids, hydroxy acids and other chemical components and the subsequent identification of the pathogen by comparing the obtained data with a standard database. The method allows to identify the pathogen without preliminary seeding of the investigated clinical or other biological material. The sterile sample is subjected to chemical analysis by gas chromatography - mass spectrometry in mass fragmentography (GC-MS-MF) in order to detect chemical components - markers of potential pathogens contained in the biological substrate at a level of less than 1%. Recognition (identification) of microorganisms currently interacting with the immune system, of a macroorganism, is made by the presence of single markers specific to a given taxon (genus, species, group), as well as by their combination, quantitative ratio and material balance of individual sample chemicals. However, when identifying members of mixed infection and determining their concentration, a mathematical algorithm is used to analyze the superposition of part of the lipid profiles according to the composition of the lipid components of pure cultures of microorganisms, without taking into account the impact on the immune system of each individual microorganism, identification is carried out by superimposing contributions from different microorganisms and the background of the biological fluid . The basis of the calculations are only the already known calibration data and a standard database on the chemical composition of microorganisms. The invention uses only a standard data bank and does not use a calibration template (standard), made immediately before a series of measurements of samples of the studied material, which is used to calibrate the device. The disadvantage of this method is the need to verify the results of the integration of target chromatographic peaks of markers, which increases the analysis time and requires the participation of specially trained personnel. The latter is also associated with an element of subjectivity in the measurement results.

Наиболее близким к предложенному способу калибровки является изобретение «Способ определения родового (видового) состава ассоциации микроорганизмов», патент RU 2086642, опубл. 10.08.1997, МПК C12N 1/00, C12N 1/20, C12Q 1/04, в котором химический состав суммарной биомассы и химический состав отдельных микроорганизмов определяется заранее и составляет стандартный банк данных. В основе способа лежит закономерность и повторяемость химического состава определенного вида микроорганизмов и аддитивность профилей отдельных микроорганизмов в их суммарной биомассе. Данный способ позволяет повысить чувствительность измерений и не требует вынесения отдельных штаммов и их подращивания, а также способ может быть применен независимо от наличия маркера. Однако в способе используют исходную информацию по химическому составу суммарной биомассы, определенному методом хромато-масс-спектрометрии или хромагографии с другими видами детектирования и химический состав (профиль) отдельных микроорганизмов без предварительной калибровки прибора на основе калибровочного шаблона(стандарта), изготовленного непосредственно перед проведением серии измерений проб исследуемого материала, который используется для калибровки этого прибора. Недостатком этого способа является его неприменимость для анализа микробных сообществ, в условиях превалирующего количества субстрата биологического происхождения - например в биологических жидкостях и тканях человека, животных и растений, на пищевых продуктах и других подобных материалах.Closest to the proposed calibration method is the invention "A method for determining the generic (species) composition of the association of microorganisms", patent RU 2086642, publ. 08/10/1997, IPC C12N 1/00, C12N 1/20, C12Q 1/04, in which the chemical composition of the total biomass and the chemical composition of individual microorganisms is determined in advance and compiles a standard database. The method is based on the regularity and repeatability of the chemical composition of a certain type of microorganism and the additivity of the profiles of individual microorganisms in their total biomass. This method allows to increase the sensitivity of measurements and does not require the removal of individual strains and their growth, and the method can be applied regardless of the presence of a marker. However, the method uses initial information on the chemical composition of the total biomass determined by chromatography-mass spectrometry or chromatography with other types of detection and the chemical composition (profile) of individual microorganisms without first calibrating the device based on a calibration template (standard) made immediately before the series measuring samples of the test material that is used to calibrate this instrument. The disadvantage of this method is its inapplicability for the analysis of microbial communities, in conditions of a prevailing amount of a substrate of biological origin - for example, in biological fluids and tissues of humans, animals and plants, on food products and other similar materials.

Назначением предложенного способа является определение микроэкологического статуса организма, инфекции и дисбиоза кишечника и других органов человека или животных, анализа состава микробных сообществ, почвы, ила, симбионтов растений, биотехнологических продуктах пищевой промышленности, продуктах и субстратах микробной переработки коммунальных, сельскохозяйственных и других отходов, а также контаминации микроорганизмами пищевых, фармацевтических и других производств. Использование калибровочного шаблона (стандарта) на протяжении длительного времени для предварительной калибровки измерительных приборов непосредственно перед проведением большой серии измерений проб исследуемого биологического материала.The purpose of the proposed method is to determine the microecological status of the organism, infection and dysbiosis of the intestine and other organs of humans or animals, analysis of the composition of microbial communities, soil, silt, symbionts of plants, biotechnological products of the food industry, products and substrates of microbial processing of communal, agricultural and other wastes, and also microorganism contamination of food, pharmaceutical and other industries. The use of a calibration template (standard) for a long time for preliminary calibration of measuring instruments immediately before conducting a large series of measurements of samples of the studied biological material.

Во всех известных способах микробиологического анализа используют стандартный банк данных с характеристиками маркеров известных таксонов микроорганизмов по жирным кислотам, поскольку состав жирных кислот большинства клинически значимых микроорганизмов хорошо изучен, показана его воспроизводимость, оценена родо- и видоспецифичность. (см. Фиг.1). Для этих же целей также используют жирнокислотные профили многих изолятов, имеющиеся в микробных коллекциях (например. Culture Collection, University ofGoteborg, Sweden).All known methods of microbiological analysis use a standard database with characteristics of markers of known microorganism taxa for fatty acids, since the composition of the fatty acids of most clinically significant microorganisms is well studied, its reproducibility is shown, and genus and species specificity are evaluated. (see Figure 1). Fatty acid profiles of many isolates found in microbial collections (e.g. Culture Collection, University ofGoteborg, Sweden) are also used for the same purposes.

Высшие жирные кислоты альдегиды и стерины в составе клеточной стенки с возможным отнесением их к конкретному микроорганизмам, позволяют специфические жирные кислоты конкретного микроорганизма принять в качестве маркера этого микроорганизма.Higher fatty acids, aldehydes and sterols in the composition of the cell wall with the possible assignment of them to a specific microorganism, allow specific fatty acids of a particular microorganism to be taken as a marker of this microorganism.

Каждому маркеру соответствует определенное число атомов углерода в цепи молекулы, что в свою очередь, соответствует хроматографическому времени удерживания соответствующего иона, поэтому по селективным ионам возможно определить в конечном итоге микроорганизм исследуемого сообщества, применив формулу реконструкции, (см. Фиг.2, 3, 4 распределения ионов по временным интервалам в программе ГХ-МС для анализа микробных маркеров в пробах биологических жидкостей и тканей человека с указанием детектируемых маркеров и соответствующих им микроорганизмов). Хроматографическое разделение пробы традиционно осуществляют на капиллярной колонке в режиме селективных ионов, или масс-фрагментографии (МФ), на ГХ-МС системе АТ-5973 Аджилент Технолоджис (Agilent Technologies Inc.) при периодическом сканировании ионов в интервалах времени. Интервалы времени и ионы выбирают таким образом, чтобы селективно детектировать маркеры определяемых видов микроорганизмов. При этом традиционно используют имеющуюся базу данных стандартных шаблонов пиков на временной шкале выхода данных ионов. Для автоматической обработки, ГХ-МС оснащают специальным программным обеспечением, в которое вводят программы формата Method для распознавания пиков хроматограммы по этим стандартным шаблонам пиков. Калибровку прибора, оснащенного специальным программным обеспечением, осуществляют по этим же стандартным шаблонам, однако их количество очень велико и нет закрепленного принципа выбора из большого количества требуемого ограниченного числа шаблонов. Это приводит к тому, что при автоматической обработке эти данные требуют ручной проверки измерения пиков, поскольку пики часто не полностью разделены на хроматограмме или они являются соизмеримы с погрешностью самого прибора, поскольку малые пики, находятся в соседстве с более интенсивными. Это, в свою очередь, приводит к возникновению ложноположительных и ложноотрицательных результатов. Поэтому калибровку прибора приходится осуществлять перед каждым новым вводом исследуемой пробы для обеспечения воспроизводимости времен удерживания хроматографических пиков, разметки программы временных интервалов МФ и, следовательно, обеспечения точности автоматической обработки данных. Временные интервалы корректируют под параметры хроматографической колонки и ГХ-МС прибора пользователя. Стандартные шаблоны готовят по данным стандартной базы данных заранее из всего множества введенных в базу данных характеристикам всех микроорганизмам на основе чистых проб этих микроорганизмов.Each marker corresponds to a certain number of carbon atoms in the chain of the molecule, which, in turn, corresponds to the chromatographic retention time of the corresponding ion, therefore, it is possible to determine ultimately the microorganism of the studied community using selective ions using the reconstruction formula (see Figs. 2, 3, 4 the distribution of ions over time intervals in the GC-MS program for the analysis of microbial markers in samples of biological fluids and human tissues, indicating detectable markers and their corresponding micro -organisms). Chromatographic separation of the sample is traditionally carried out on a capillary column in the mode of selective ions, or mass fragmentography (MF), on a GC-MS system AT-5973 Agilent Technologies (Agilent Technologies Inc.) with periodic scanning of ions at time intervals. The time intervals and ions are selected in such a way as to selectively detect the markers of the identified types of microorganisms. In this case, traditionally use the available database of standard peak patterns on the timeline of the output of these ions. For automatic processing, the GC-MS is equipped with special software into which Method format programs are introduced to recognize chromatogram peaks from these standard peak patterns. Calibration of the device equipped with special software is carried out according to the same standard templates, however, their number is very large and there is no fixed principle of choosing from a large number of the required limited number of templates. This leads to the fact that during automatic processing these data require manual verification of peak measurements, since the peaks are often not completely separated in the chromatogram or they are comparable with the error of the device itself, since small peaks are in the vicinity of more intense ones. This, in turn, leads to false positive and false negative results. Therefore, it is necessary to calibrate the instrument before each new injection of the test sample to ensure reproducibility of the retention times of chromatographic peaks, markup of the program for MF time intervals and, therefore, to ensure the accuracy of automatic data processing. The time intervals are adjusted for the parameters of the chromatographic column and GC-MS of the user device. Standard templates are prepared according to the data of the standard database in advance from the whole set of characteristics of all microorganisms entered into the database on the basis of pure samples of these microorganisms.

Если знать необходимое и достаточное количество микробных маркеров, характеризующих микробные сообщества организма человека, животного, растения или любого иного продукта биологического происхождения, являющихся значимыми для оценки исследуемого материала, то задача существенно упрощается и определение, а также количественное измерение микроорганизмов в сообществе будет наиболее точным и достоверным, поскольку исключаются ложноположительные и ложноотрицательных результаты. Применение калибровочного шаблона на основе фекалий позволяет при анализе всех маркеров стандартной базы данных выбрать такие группы специфических (селективных) ионов, характеризующие тот или иной маркер микроорганизма, который будет аутентичен поставленной задаче, например, мониторингу лечения конкретного заболевания или определения совокупности микробного сообщества человека, или растения, или исследуемого материала с превалирующей биологической составляющей. Таким образом, применение калибровочного шаблона (стандарта) на основе произвольной пробы фекалиев позволит в совокупности определить род или вид присутствующего микроорганизма, либо исключить те или иные виды из списка предполагаемых микроорганизмов, относящихся к конкретному исследуемому материалу в соответствии с поставленной задачей исследования.If you know the necessary and sufficient number of microbial markers that characterize the microbial communities of a human, animal, plant, or any other product of biological origin that are significant for the evaluation of the studied material, then the task will be greatly simplified and the determination, as well as quantitative measurement of microorganisms in the community will be most accurate and reliable, since false positive and false negative results are excluded. The use of a fecal-based calibration template, when analyzing all the markers of the standard database, allows selecting groups of specific (selective) ions that characterize a particular marker of the microorganism that will be authentic to the task, for example, monitoring the treatment of a specific disease or determining the totality of the human microbial community, or plants, or test material with a prevailing biological component. Thus, the use of a calibration template (standard) based on an arbitrary sample of feces will make it possible to collectively determine the genus or type of microorganism present, or to exclude certain species from the list of putative microorganisms related to a specific material under study in accordance with the task of the study.

Одновременно требуется из всего множества характеристик микроорганизмов, включенных в стандартный банк данных, выбрать такие группы маркеров этих микроорганизмов, характеризующиеся специфическими (селективными) ионами, которые обеспечат необходимое и достаточное количество идентифицируемых (детектируемых) микроорганизмов для исследуемого микробного сообщества в конкретной пробе исходного биологического материала, чтобы обеспечить наилучшую полноту определения сообщества. При этом сочетание выбранных маркеров, а значит, и параметров определения по селективным ионам, обеспечат наиболее полную и достоверную картину по качественным и количественным характеристикам определенного микробного сообщества, а также позволит осуществить наиболее точно мониторинг его изменения в процессе, например, лечения конкретного заболевания.At the same time, from the whole set of characteristics of microorganisms included in the standard database, it is necessary to select such groups of markers of these microorganisms that are characterized by specific (selective) ions that will provide the necessary and sufficient number of identifiable (detectable) microorganisms for the microbial community under study in a specific sample of the original biological material, to provide the best possible definition of the community. Moreover, the combination of selected markers, and hence the parameters of determination by selective ions, will provide the most complete and reliable picture of the qualitative and quantitative characteristics of a particular microbial community, and will also allow for the most accurate monitoring of its changes in the process, for example, treatment of a specific disease.

В настоящее. время традиционные методы демонстрируют невозможность оценить роль некультивируемых микроорганизмов в инфекционно-воспалительном процессе, прежде всего - анаэробов, а также дают частые ложно-положительные результаты и приводят к невозможности адекватной количественной оценки (Persing, 1991; Fenollar et aL, 2006; Михайлова и др., 2008). Пики, соответствующие ЖК конкретного маркера (соответствующего конкретному микроорганизму) приходится проверять вручную по их соответствию следующим характеристикам маркера: абсолютное и относительное время удерживания, подтверждение наличия в них дополнительных ионов, соотношением площадей ионов., что существенно усложняет и удорожает исследование. Вследствие этого данные традиционной автоматической обработки требуют ручной проверки измерения пиков. Это вызвано тем, что на хроматограмме имеются не полностью разделенные пики или эти пики слишком малы (т.е. соизмеримы с пиками от случайных примесей в пробе) и находятся в соседстве с более интенсивными пиками.At present. At present, traditional methods demonstrate the inability to assess the role of uncultivated microorganisms in the infectious and inflammatory process, primarily anaerobes, and also give frequent false-positive results and lead to the inability to adequately quantify (Persing, 1991; Fenollar et aL, 2006; Mikhailova et al. , 2008). The peaks corresponding to the LC of a particular marker (corresponding to a specific microorganism) have to be checked manually according to their correspondence to the following marker characteristics: absolute and relative retention time, confirmation of the presence of additional ions in them, and the ratio of ion areas. This significantly complicates and increases the cost of the study. As a result, traditional automated processing data requires manual verification of peak measurements. This is due to the fact that the chromatogram has incompletely separated peaks or these peaks are too small (i.e., commensurate with peaks from random impurities in the sample) and are adjacent to more intense peaks.

Таким образом, при определении состава микробного сообщества и при количественном измерении микроорганизмов в нем после реконструкции, необходимо обеспечить не только сбор данных для банка возбудителей инфекционных заболеваний, но и возможность создания калибровочного шаблона (стандарта) маркеров микроорганизмов, позволяющего свести к минимуму ручное редактирование количественных и качественных характеристик микроорганизмов, определенных для конкретной пробы. При этом использование калибровочного стандарта (шаблона), полученного предложенным способом позволяет его (шаблон) использовать в течение продолжительного времени без дополнительной корректировки параметров при реконструкции микробиологического сообщества пробы.Thus, in determining the composition of the microbial community and in the quantitative measurement of microorganisms in it after reconstruction, it is necessary to ensure not only the collection of data for the bank of infectious pathogens, but also the possibility of creating a calibration template (standard) of microorganism markers, which minimizes manual editing of quantitative and qualitative characteristics of microorganisms defined for a particular sample. Moreover, the use of a calibration standard (template) obtained by the proposed method allows it (template) to be used for a long time without additional adjustment of parameters during reconstruction of the microbiological community of the sample.

Поскольку шаблоны (стандарты), которые приготовлены на основе заранее приготовленных по определенному правилу смесей, не дают общей картины сообщества микроорганизмов исследуемого материала (пробы), взятого из конкретного организма или биологического вещества, то предложенная Институтом медико-биологических проблем РАН технология не позволяет избежать ручного редактирования при обработке данных измерения.Since the templates (standards), which are prepared on the basis of mixtures prepared in advance according to a certain rule, do not give a general picture of the microorganism community of the studied material (sample) taken from a specific organism or biological substance, the technology proposed by the Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of Sciences does not allow manual editing when processing measurement data.

Стандартный банк данных маркеров микроорганизмов создается однажды и допускает введение дополнительных данных при обнаружении новых микроорганизмов. Этому стандартному банку данных соответствует стандартный полный набор шаблонов, соответствующих полному набору пиков специфических (селективных) ионов этих маркеров. Их более 200, поэтому при исследовании конкретного биологического материала применение полного набора нецелесообразно и существенно удорожает исследование.A standard database of microorganism markers is created once and allows the introduction of additional data when new microorganisms are detected. This standard data bank corresponds to the standard complete set of templates corresponding to the complete set of peaks of specific (selective) ions of these markers. There are more than 200 of them, therefore, in the study of a specific biological material, the use of a full set is inappropriate and significantly increases the cost of the study.

Калибровочный шаблон (стандарт) на основе фекалий не требует повторных референтных тестов при последующих серий измерения исследуемого материала в пределах не менее 1 (одного) месяца. Выбор групп селективных ионов, детектируемых при ГХ-МС-МФ исследовании и калибровка временной последовательности измерений выбранных групп ионов осуществляют таким образом, чтобы измерить нужные маркеры согласно поставленной задачи измерения и избежать измерения интенсивных фоновых веществ превалирующей биологической жидкости.The calibration template (standard) based on feces does not require repeated reference tests for subsequent series of measurements of the test material within at least 1 (one) month. The selection of the groups of selective ions detected by the GC-MS-MF study and the calibration of the time sequence of measurements of the selected ion groups are carried out in such a way as to measure the necessary markers according to the stated measurement task and to avoid the measurement of intense background substances of the prevailing biological fluid.

При этом стадии предварительного посева на питательные среды или использование тестовых биохимических материалов исключены.At the same time, the stages of preliminary seeding on nutrient media or the use of test biochemical materials are excluded.

В настоящем изобретении под шаблоном понимают естественный набор маркеров микроорганизмов, содержащихся в самих микроорганизмах с конкретными характеристиками этих маркеров, выраженных набором специфических ионов. Причем шаблон для всех исследуемых особей и экологических ниш и биотехнологических продуктов применяется один и тот же.In the present invention, a template is understood to mean a natural set of markers of microorganisms contained in the microorganisms themselves with specific characteristics of these markers expressed by a set of specific ions. Moreover, the template for all studied individuals and ecological niches and biotechnological products is the same.

Целью предложенного способа является сокращение времени анализа и надежности измерений в условиях клинического рутинного анализа, мониторинга лечебных мероприятий и коррекции дисбиозов. Достижение цели обеспечивается использованием одного специально приготовленного калибровочного шаблона (стандарта) перед серией измерений, который содержит необходимое и достаточное количество микробных маркеров, характеризующих микробные сообщества организма человека, животного, растения или любого иного продукта биологического происхождения.The aim of the proposed method is to reduce the analysis time and reliability of measurements in a clinical routine analysis, monitoring of therapeutic measures and correction of dysbiosis. Achieving the goal is ensured by using one specially prepared calibration template (standard) before a series of measurements that contains the necessary and sufficient number of microbial markers characterizing the microbial communities of the human body, animal, plant, or any other product of biological origin.

Предложенный способ калибровки ГХ-МС, оснащенной специальным программным обеспечением, по калибровочному шаблону на основе произвольной пробы фекалий при хемодифференциации микроорганизмов, основанной на количественном определении маркерных веществ микроорганизмов (жирных кислот, альдегидов, спиртов и стеринов) позволяет не только проводить мониторинг исследуемого материала в образцах, но также и рассчитывать численность микроорганизмов того или иного таксона в образце. Иными словами обеспечить наиболее адекватное (аутентичное) определение микробного сообщества, присущее конкретному организму (исследуемому материалу), с учетом его изменения во времени, т.е обеспечить возможность разложения суперпозиции всего пула микробных маркеров, что позволяет оценить вклад от каждого из сотен видов микроорганизмов, присутствующих в исследуемом материале.The proposed method for calibrating GC-MS equipped with special software according to a calibration template based on an arbitrary sample of feces during chemodifferentiation of microorganisms, based on the quantitative determination of marker substances of microorganisms (fatty acids, aldehydes, alcohols, and sterols) allows not only monitoring the studied material in samples , but also to calculate the number of microorganisms of a particular taxon in the sample. In other words, to ensure the most adequate (authentic) definition of the microbial community inherent in a specific organism (the studied material), taking into account its change in time, i.e., to ensure the possibility of decomposition of the superposition of the entire pool of microbial markers, which makes it possible to assess the contribution from each of hundreds of microorganism species, present in the test material.

Применение калибровочного шаблона на основе фекалий стало возможным благодаря тому, что фекалии являются идеальным с позиции требований аналитической химии стандартом, поскольку содержат весь списочный состав микроорганизмов - симбионтов человека или животных, причем в близком по количественному содержанию к наблюдаемому составу микробных маркеров в крови, а также микробиоты кишечной стенки или инфицированных органов. (Luckey, 1987; Suau et al., 1999; Georgy A. Osipov, Natal'ya B. Boiko, Natal'ya F. Fedosova, Svetlana A. Kasikhina, Konstantin V. Lyadov. Comparative gas chromatography-mass spectrometry study of the composition of microbial chemical markers in feces. Microbial Ecology in Health and Disease, December 2009, Vol.21, No. 3-4, Pages 159-171.).The use of a fecal-based calibration template was made possible due to the fact that feces are an ideal standard from the standpoint of analytical chemistry, because they contain the entire list of microorganisms - symbionts of humans or animals, and in a similar quantitative content to the observed composition of microbial markers in the blood, as well as microbiota of the intestinal wall or infected organs. (Luckey, 1987; Suau et al., 1999; Georgy A. Osipov, Natal'ya B. Boiko, Natal'ya F. Fedosova, Svetlana A. Kasikhina, Konstantin V. Lyadov. Comparative gas chromatography-mass spectrometry study of the composition of microbial chemical markers in feces. Microbial Ecology in Health and Disease, December 2009, Vol.21, No. 3-4, Pages 159-171.).

В результате предложенного способа калибровки системы, оснащенной специальным программным обеспечением, достигается следующий технический результат.As a result of the proposed method for calibrating a system equipped with special software, the following technical result is achieved.

- расширение функциональных возможностей способа, в частности:- expanding the functionality of the method, in particular:

- одновременное измерение концентрации микробных маркеров, аутентичных анализируемому материалу, такому как: кровь, моча, биоптаты и другие биологические жидкости и ткани, а также небиологическим пробам с превалирующим биологическим материалом;- simultaneous measurement of the concentration of microbial markers authentic to the analyzed material, such as: blood, urine, biopsy samples and other biological fluids and tissues, as well as non-biological samples with prevailing biological material;

- наиболее точное определение профилей пиков хроматограмм исследуемой пробы, характеризующей состояние исследуемого материала, что позволяет исключить ложно положительные и ложно отрицательные результаты и расширить перечень найденных микроорганизмов в среде, т.е. получить больше данных о наличии микроорганизмов в пробе, увеличить точность и достоверность идентификации микроогранизмов, входящих в микробное сообщество;- the most accurate determination of the peak profiles of the chromatograms of the test sample, characterizing the state of the test material, which eliminates false positive and false negative results and expand the list of found microorganisms in the medium, i.e. to obtain more data on the presence of microorganisms in the sample, to increase the accuracy and reliability of identification of microorganisms belonging to the microbial community;

- возможность контроля микроорганизмов сообщества по наиболее полному их перечню, близкому к естественному, в исследуемом материале, не зависимо от того, известно ли их присутствие в нем, или нет- the ability to control community microorganisms according to their most complete list, close to natural, in the material being studied, regardless of whether their presence in it is known or not

- исключить полную калибровку шкалы прибора относительных и абсолютных времен удерживания при масс-фрагментографии перед проведением серии клинических исследований материала;- exclude the full calibration of the scale of the device relative and absolute retention times during mass fragmentography before conducting a series of clinical studies of the material;

- сократить время анализа в условиях клинического рутинного анализа, мониторинга лечебных мероприятий и коррекции дисбиозов.- reduce the analysis time in the conditions of clinical routine analysis, monitoring of therapeutic measures and correction of dysbiosis.

Данный технический результат достигают за счет того, что осуществляют предложенный способ калибровки системы газовой хроматографии - масс спектрометрии (ГХ-МС), оснащенной специальным ПО, для определения маркеров микроорганизмов в исследуемой пробе материала биологического происхождения. Способ заключается в том, что проводят количественный и количественный хромато-масс-спектрометрический анализ исследуемого биологического материала на содержание жирных кислот и оксикислот, выделяют и производят идентификацию отдельного таксона микроорганизма по его (таксона) профильным и маркерным признакамдля чего определяют специфические ионы маркеров микроорганизмов методом масс-фрагментографии с последующим выявлением полного сообщества микроорганизмов (возбудителей, таксонов) в исследуемом материале биологического происхождения, используя метод внутреннего стандарта (шаблона) идентифицируют компоненты пробы по жирным кислотам и оксикислотам путем сравнения полученных данных со стандартной базой данных, и определяют их количественное содержание, отличающийся тем, что перед измерением серии рутинных клинических проб исследуемого материала, собирают произвольную пробу фекалий, принимая ее в качестве эталонной смеси, на основе эталонной смеси строят хроматограмму, и по полученным качественных и количественных характеристикам сообщества микроорганизмов пробы данной эталонной смеси, осуществляют определение пиков специфических ионов на шкале времен удержания для дальнейшего расчета состава сообщества микроорганизмов в последующей серии клинических проб по маркерам этих микроорганизмов, причем качественные и количественные характеристики сообщества микроорганизмов произвольной пробы фекалий принимают за необходимое и достаточное количество, характеризующее любой исследуемый материал биологического происхождения, а идентификацию специфического иона осуществляют на основании детектирования пиков хроматограммы маркеров из стандартной (тестовой) базы данных.This technical result is achieved due to the fact that they carry out the proposed method for calibrating a gas chromatography system - mass spectrometry (GC-MS), equipped with special software, to determine microorganism markers in the studied sample of material of biological origin. The method consists in conducting a quantitative and quantitative chromato-mass spectrometric analysis of the biological material under study for the content of fatty acids and hydroxy acids, isolating and identifying an individual microorganism taxon by its (taxon) profile and marker characteristics, for which specific marker ions of microorganisms are determined by the mass method -fragmentography with subsequent identification of a complete community of microorganisms (pathogens, taxa) in the studied material of biological origin Using the method of internal standard (template), identify the components of the sample for fatty acids and hydroxy acids by comparing the data with a standard database, and determine their quantitative content, characterized in that before measuring a series of routine clinical samples of the studied material, an arbitrary sample of feces is collected, taking it as a reference mixture, a chromatogram is built on the basis of the reference mixture, and according to the obtained qualitative and quantitative characteristics of the microorganism community in the samples of this reference mixture, the peaks of specific ions are determined on the retention time scale for further calculation of the composition of the community of microorganisms in the next series of clinical samples using markers of these microorganisms, and the qualitative and quantitative characteristics of the community of microorganisms of an arbitrary sample of feces are taken as necessary and sufficient, characterizing any the studied material of biological origin, and the identification of a specific ion is carried out on the basis of detection of peak chromatograms of markers from a standard (test) database.

В частности, в способе осуществляют калибровку прибора, оснащенного специальным программным обеспечением, по микробным маркерам произвольной пробы фекалий по временным интервалам их расположению на временной шкале и по площадям пиков.In particular, in the method, a device equipped with special software is calibrated against microbial markers of an arbitrary sample of feces at time intervals of their location on the time scale and peak areas.

Например, осуществляют прямое извлечение с помощью химической процедуры высших жирных кислот из подлежащей исследованию пробы эталонной смеси, па основе которой калибруют временные интервалы для системы ГХ-МС на стандартных тестовых хроматограммах базы данных.For example, direct extraction of higher fatty acids by a chemical procedure from a sample of the reference mixture to be studied, on the basis of which time intervals for the GC-MS system are calibrated using standard test database chromatograms.

В частном случае, при осуществлении способа в пробе эталонной смеси и последующих рутинных клинических пробах осуществляют разделение ЖК и стеринов на хроматографе в капиллярной колонке высокого разрешения, в результате получая графическое изображение селективных хроматограмм жирных кислот и стеринов с помощью ПО Method ГХ-МС-системы, которые образуют сетку маркерных пиков по времени удержания, и сравнивают их между собой.In the particular case, when implementing the method in the sample of the reference mixture and subsequent routine clinical samples, the LC and sterols are separated on a chromatograph in a high resolution capillary column, resulting in a graphic image of selective chromatograms of fatty acids and sterols using Method GC-MS software, which form a grid of marker peaks by retention time, and compare them with each other.

Например, на хроматограмме пробы эталонной смеси фиксируют пик с соответствующим временем удерживания для одного или двух специфических ионов, получают результат измерения площадей пиков выбранных ионов определенной массы на селективной хроматограмме (МФ), идентифицируя по ним маркер соответствующего микроорганизма в рутинной клинической пробе. При этом площадь каждого пика хроматограммы рутинной клинической пробы рассчитывается по хроматограмме основного иона маркера пробы эталонной смеси. В частном случае проверяют дополнительно достоверность идентификации иона по абсолютным и относительными временам удержания, наличием подтверждающих дополнительных ионов и соотношением площадей ионов идентифицированных маркеров только на хроматограмме пробы эталонной смеси. Так расхождение во временах удерживания маркеров относительно значений стандартных тестовых времен удержания хроматограмм базы данных в хроматограмме пробы эталонной смеси принимают не более 0,1 мин.For example, a peak with an appropriate retention time for one or two specific ions is recorded on the chromatogram of the sample of the reference mixture, and the result is the measurement of the peak areas of the selected ions of a certain mass on a selective chromatogram (MF), identifying them as the marker of the corresponding microorganism in a routine clinical sample. In this case, the area of each peak of the chromatogram of a routine clinical sample is calculated from the chromatogram of the main ion of the marker of the sample of the reference mixture. In a particular case, the ion identification is additionally checked for authenticity by absolute and relative retention times, by the presence of confirming additional ions and the ratio of the ion areas of the identified markers only on the chromatogram of the sample of the reference mixture. Thus, the difference in the retention times of the markers relative to the values of the standard test retention times of the database chromatograms in the chromatogram of the sample of the reference mixture is taken no more than 0.1 min.

Например, в рутинной клинической пробе осуществляют идентификацию состава сообщества микроорганизмов в динамическом режиме на масс-спектрометре, для чего осуществляют выявление таксономически значимых жирных кислот на хроматограграмме, идентифицируя микроорганизмы по хроматограмме жирных кислот, полученной на пробе эталонной смеси.For example, in a routine clinical sample, the composition of the community of microorganisms is dynamically identified on a mass spectrometer, for which taxonomically significant fatty acids are identified on a chromatogram, identifying microorganisms by the chromatogram of fatty acids obtained on the sample of the reference mixture.

При этом осуществляют расчет концентрации маркеров и отнесение их к конкретным микроорганизмам на основе расчет по калибровочному шаблону по формуле:In this case, the concentration of the markers is calculated and assigned to specific microorganisms based on the calculation according to the calibration template by the formula:

N1=Ai[MsV(q2×Msam×Ast)]/Ri1,N 1 = Ai [MsV (q2 × M sam × Ast)] / Ri 1 ,

- где N1 число клеток микроогранима (таксона микроорганизма) в единице объема или веса пробы эталонной смеси,- where N 1 is the number of micro granite cells (taxon of the microorganism) per unit volume or weight of the sample of the reference mixture,

- К - постоянный коэффициент, равный к=Mst/(q2×Msam×Ast)=Mst(mg)/(5,1×10(-15)(г)×Msam(мг)×Ast)- K is a constant coefficient equal to = Mst / (q2 × M sam × Ast) = Mst (mg) / (5.1 × 10 (-15) (g) × M sam (mg) × Ast)

- Ai - площадь пика маркера,- Ai is the peak area of the marker,

- Mst - количество калибровочного шаблона (стандарта) в пробе, в мг,- Mst - the number of the calibration template (standard) in the sample, in mg,

- М sam - количество пробы,- M sam - the number of samples

- A st - площадь пика калибровочного шаблона (стандарта)- A st - peak area of the calibration template (standard)

- Ri1 - доля в % маркера с индексом i в профиле ЖК определяемого микроба с номером 1 (N1),- Ri 1 - the percentage in% of the marker with index i in the profile of the LC of the determined microbe with number 1 (N 1 ),

- q2 - коэффициент, равный 5,1×10(-15) г при условии, что 1 г микробной биомассы содержит 5,9×1012 клеток микроорганизмов,- q2 is a coefficient of 5.1 × 10 (-15) g, provided that 1 g of microbial biomass contains 5.9 × 10 12 cells of microorganisms,

- а для всех последующих рутинных клинических проб - по формуле- and for all subsequent routine clinical trials - according to the formula

- N2=Ai×k/Ri2, где- N 2 = Ai × k / Ri 2 , where

- Ai - площадь пика i-го маркера, по которому проводятся вычисления,- Ai is the peak area of the i-th marker, according to which the calculations are carried out,

- Ri2 - содержание i-го маркера (в %) в составе ЖК этого микроорганизма.- Ri 2 - content of the i-th marker (in%) in the composition of the FA of this microorganism.

Например, хроматограмму принимают за шаблон для хроматограмм последующей серии рутинных клинических проб в формате Method программного обеспечения системы ГХ-МС и целевые пики отбирают в требуемом количестве для последующей идентификации и расчета на сонвое целевых пиков калибровочного шаблона.For example, the chromatogram is taken as the template for the chromatograms of a subsequent series of routine clinical samples in the Method format of the GC-MS system software and the target peaks are taken in the required quantity for subsequent identification and calculation of the target peaks of the calibration template for sonva.

- В частном случае стабильность параметров, введенных в специальное программное обеспечение системы ГХ-МС обеспечивают за счет использования редактирования характеристик калибровочного шаблона, введенных в программу в формате Method, и все последующие измерения характеристик последующих рутинных клинических проб и обработку их хроматограмм проводят автоматически с помощью программы Enhanced Data Analysis.- In the particular case, the stability of the parameters entered into the special software of the GC-MS system is ensured by editing the characteristics of the calibration template entered in the program in the Method format, and all subsequent measurements of the characteristics of subsequent routine clinical samples and the processing of their chromatograms are carried out automatically using the program Enhanced Data Analysis.

На Фиг.1 - показана таблица маркеров по высшим жирным кислотам, альдегидам и стеринам в составе клеточной стенки с отнесением к микроорганизмам, определенных для калибровочного шаблона по фекалиям. В таблице приняты следующие обозначения веществ: 17:1 - 17 - число атомов углерода, цифра после двоеточия - число двойных связей; h - оксикислота; a, i - в начале означает разветвление; сус - циклопропановая кислота, если не указано положение гидроксила, то 3 - оксикислоты.Figure 1 - shows a table of markers for higher fatty acids, aldehydes and sterols in the composition of the cell wall with reference to the microorganisms defined for the calibration template for feces. The following notation of substances is accepted in the table: 17: 1 - 17 - the number of carbon atoms, the number after the colon - the number of double bonds; h is hydroxy acid; a, i - at the beginning means branching; sauce - cyclopropanoic acid, if the position of the hydroxyl is not indicated, then 3 - hydroxy acids.

На Фиг.2 - показана таблица групп сканируемых ионов, соответствующих маркерам и, соответственно определяемым микроорганизмам.Figure 2 - shows a table of groups of scanned ions corresponding to markers and, accordingly, defined microorganisms.

На Фиг.3 - показана селективная хроматограмма жирных кислот (ион 87), являющихся маркерами, и экстрагированных из чистой культуры микроорганизма, взятого из стандартной базы данных и принятого за стандартный шаблон.Figure 3 - shows a selective chromatogram of fatty acids (ion 87), which are markers and extracted from a pure culture of a microorganism taken from a standard database and adopted as a standard template.

На Фиг.4 - показана селективная хроматограмма гидрокси-кислот (ион 175), являющихся маркерами, и экстрагированных из чистой культуры микроорганизма, взятого из стандартной базы данных и принятого за стандартный шаблон. В представленных хроматограммах приняты следующие обозначения веществ: 17:1 - 17 - число атомов углерода, цифра после двоеточия - число двойных связей; h - оксикислота; a, i - в начале означает разветвление; alc - в конце символов - спирт, сус - циклопропаповая кислота. Например, ha17 - 3-окси-антеизогептадекановая кислота, 2h24alc - 2-окситетракозиловый спирт.Figure 4 - shows a selective chromatogram of hydroxy acids (ion 175), which are markers and extracted from a pure culture of a microorganism taken from a standard database and adopted as a standard template. In the chromatograms presented, the following designations of substances are accepted: 17: 1 - 17 - the number of carbon atoms, the number after the colon - the number of double bonds; h is hydroxy acid; a, i - at the beginning means branching; alc - at the end of the characters - alcohol, sous - cyclopropapic acid. For example, ha17 is 3-hydroxy-anteisoheptadecanoic acid, 2h24alc is 2-hydroxytetracosyl alcohol.

На Фиг.5 - показаны характеристики некоторых маркеров для проведения измерений площадей пиков, определяемых на временной шкале. При этом время удержания иона соответствует сигналу ионного тока, по которому выбирают базовую линию для расчета площади.Figure 5 - shows the characteristics of some markers for measuring peak areas determined on a timeline. In this case, the ion retention time corresponds to the ion current signal, from which a baseline is selected for calculating the area.

На Фиг.6 - показаны шаблоны правильного детектирования для серии откалиброванного измерения.Figure 6 shows the correct detection patterns for a series of calibrated measurements.

На Фиг.7 - показан рапорт результатов исследования. В таблице по порядку столбцов слева направо показаны порядковый номер маркера микроорганизмов, аббревиатура маркера, время выхода его пика, основной ион детектирования, и площадь хромагографического пика на селективной хроматограмме по этому иону.Figure 7 - shows a report of the results of the study. In the table, in order of columns, the sequence number of the marker of microorganisms, the abbreviation of the marker, the time of its peak exit, the main detection ion, and the area of the chromatographic peak in the selective chromatogram for this ion are shown from left to right.

На Фиг.8 - показана таблица численности микроорганизмов с учетом возможного происхождения ЖК из клеток разных таксонов (наложения профилей ЖК и альдегидов).On Fig - shows a table of the number of microorganisms, taking into account the possible origin of FAs from cells of different taxa (overlapping profiles of FAs and aldehydes).

На Фиг.9 - показана таблица результатов исследования микробных маркеров в крови.Figure 9 - shows a table of the results of the study of microbial markers in the blood.

На Фиг.10 - показана таблица результатов исследования микробных маркеров в вагинальном содержимом.Figure 10 - shows a table of the results of the study of microbial markers in vaginal contents.

На Фиг.11 - показана таблица результатов исследования микробных маркеров в биоптате кишечной стенки.11 - shows a table of the results of the study of microbial markers in the biopsy of the intestinal wall.

На Фиг.12 - показана таблица результатов исследования микробных маркеров в диаграмме дисбиоза.On Fig - shows a table of the results of the study of microbial markers in the diagram of dysbiosis.

Интервалы сканирования устанавливают по группам ионов на основании времен удержания каждого селективного иона, которые известны. Пики представленных хроматограмм находят руководствуясь закономерностями их появления на хроматограмме - т.е. абсолютными и относительными временами удерживания, с подтверждением дополнительными ионами и соотношением площадей ионов. Это характеризует закономерность расположения пиков на временной шкале для жирных кислот и альдегидов, по которым идентифицируют маркер. Хроматограммы, полученные на основе характеристик, взятых из стандартной базы данных на основе тестовых (чистых культур микроорганизмов) биохимических препаратов, принимают за стандартные шаблоны.Scanning intervals are set for ion groups based on the retention times of each selective ion that are known. The peaks of the presented chromatograms are guided by the laws of their appearance on the chromatogram - i.e. absolute and relative retention times, with confirmation by additional ions and the ratio of the areas of ions. This characterizes the regularity of the location of the peaks on the timeline for fatty acids and aldehydes, which identify the marker. Chromatograms obtained on the basis of characteristics taken from a standard database based on test (pure cultures of microorganisms) biochemical preparations are taken as standard templates.

В предложенном способе Хроматограммы, полученные на основе характеристик, взятых из произвольного анализа фекалий принимают за калибровочные шаблоны.In the proposed method, Chromatograms obtained on the basis of characteristics taken from an arbitrary analysis of feces are taken as calibration templates.

На оборудовании, например, хромато-масс-спектрометр AT 5973 (газовый хроматограф с масс-селективным детектором серийного выпуска, фирмы Agilent Technologies Inc. используя метод газовой хроматографии, совмещенной с масс-спектрометрией (ГХ-МС), детектируют маркеры в пробах исследуемого биологического материала.On equipment, for example, an AT 5973 gas chromatography mass spectrometer (gas chromatograph with a mass selective mass production detector, manufactured by Agilent Technologies Inc., using gas chromatography combined with mass spectrometry (GC-MS), markers are detected in samples of the studied biological material.

Для этого система ГХ-МС снабжена специальным программным обеспечением, например, программой Enhanced Data Analysis и программой формата Method.For this, the GC-MS system is equipped with special software, for example, the Enhanced Data Analysis program and the Method format program.

Хроматограммы, полученные на основе характеристик, полученных из произвольной пробы фекалий принимают за калибровочные шаблоны для серии проб, выполняемых по конкретному заданию - либо определение сообщества микроорганизмов в материале, либо его дальнейший мониторинг.Chromatograms obtained on the basis of characteristics obtained from an arbitrary sample of feces are taken as calibration templates for a series of samples performed on a specific task - either determining the community of microorganisms in the material, or its further monitoring.

Под серией проб понимают - все пробы, взятые в течение определенного периода времени у N-го количества пациентов или от N-го количества исследуемого материала, или все пробы, взятые за определенный врачом период времени лечения у одного пациента для осуществления мониторинга лечения.By a series of samples is meant - all samples taken over a certain period of time from the N-th number of patients or from the N-th amount of test material, or all samples taken for a period of time determined by the doctor from one patient to monitor treatment.

В качестве характеристик калибровочного шаблона принимают времена удерживания, в том числе, абсолютными и относительными временами удерживания, наличие или отсутствие дополнительных ионов и соотношением площадей ионов, которые в серии исследования проб биологического материала используют для автоматической идентификации селективных ионов, а также качественный состав микробного сообщества, содержащийся в калибровочном шаблоне.The characteristics of the calibration template are retention times, including absolute and relative retention times, the presence or absence of additional ions and the ratio of the areas of ions that are used for the automatic identification of selective ions in the series of studies of samples of biological material, as well as the qualitative composition of the microbial community, contained in the calibration template.

Данные измерений произвольных проб фекалий служат шаблоном для точного выхода штатной программы интегрирования ГХ-МС системы на целевые пики масс-фрагментограмм, подлежащие интегрированию.The data of measurements of arbitrary samples of feces serve as a template for the accurate output of a regular GC-MS system integration program to the target peaks of mass fragmentograms to be integrated.

По произвольной пробе фекалий определяют калибровочный шаблон пиков на временной шкале, который характеризует необходимый и достаточный списочный состав микроорганизмов - симбионтов человека или животных, с учетом их количественного содержания к наблюдаемому составу микробных маркеров.Using an arbitrary sample of feces, a calibration pattern of peaks is determined on a time scale that characterizes the necessary and sufficient list of microorganisms - symbionts of humans or animals, taking into account their quantitative content to the observed composition of microbial markers.

Времена удерживания калибровочного шаблона на основе фекалий вместе с другими параметрами, вводят в программу формата Method в соответствии с ресурсами программного обеспечения ГХ-МС-системы.The holding times of the fecal-based calibration template along with other parameters are entered into the Method format program in accordance with the software resources of the GC-MS system.

Временную шкалу калибруют по временным интервалам выхода ионов также на основе калибровочного шаблона на основе фекалий.The timeline is calibrated according to the time intervals of the release of ions also on the basis of a fecal-based calibration template.

Таким образом существенно сокращают время на автоматическую обработку полученных данных в серии проб, выполняемых по конкретному заданию, за счет «перебора» только необходимых и достаточных маркеров, а также исключают ложноположительные и ложноотрицательные результаты за счет уточненных временных интервалов выхода ионов и площадей пиков хроматограммы в результате калибровки системы ГХ-МС на основе калибровочного шаблона, полученного на основе фекалий. При этом исключают дальнейшие ручные проверки истинности найденных характеристик в пробе. Калибровку системы ГХ-МС проводят только один раз перед проведением измерений данной серии проб. В течении месяца данный калибровочный шаблон может быть использован. Следовательно, серия проб, в которых определяют сообщество микроорганизмов, может быть увеличена соответственно. В течение этого периода времени, например, в один месяц, в частности, можно неоднократно взять анализы у больного, по которому проводится мониторинг.Thus, they significantly reduce the time for automatic processing of the obtained data in a series of samples performed on a specific task due to the "enumeration" of only necessary and sufficient markers, and also eliminate false positive and false negative results due to the specified time intervals of the ions and peak areas of the chromatogram as a result calibration of the GC-MS system based on a fecal calibration template. In this case, further manual verification of the truth of the found characteristics in the sample is excluded. Calibration of the GC-MS system is carried out only once before the measurement of this series of samples. Within a month, this calibration template can be used. Therefore, the series of samples in which the community of microorganisms is determined can be increased accordingly. During this period of time, for example, in one month, in particular, it is possible to repeatedly take tests from the patient under monitoring.

Все хромагограммы серии проб обрабатывают автоматически, пользуясь соответствующей опцией штатной программы обработки данных. В приборах Agilent Technologies - это опция "Calculate" в меню "Quantitate" программы Enhanced Data Analysis и соответствии с руководством к пользованию ГХ-МС системой, включая стадию стандартного рапорта в листах таблицы EXCEL.All chromograms of a series of samples are processed automatically using the corresponding option of a standard data processing program. In Agilent Technologies instruments, this is the "Calculate" option in the "Quantitate" menu of the Enhanced Data Analysis program and in accordance with the manual for using the GC / MS system, including the standard report stage in the sheets of the EXCEL table.

Полученные данные вводятся в таблицы с формулами реконструкции микробного сообщества, после чего получают таблицы качественного и количественного состава микроорганизмов сообщества в сравнении с нормой. При реконструкции микробного сообщества используют известный метод (см. Белобородова Н.В., Осипов Г.А. Гомеостаз малых молекул микробного происхождения и его роль во взаимоотношениях микроорганизмов с организмом хозяина. // Вестник РАМН, 1999, №7, с.25-31.)The data obtained are entered into tables with formulas for the reconstruction of the microbial community, after which tables of the qualitative and quantitative composition of microorganisms of the community are obtained in comparison with the norm. During the reconstruction of the microbial community, the well-known method is used (see Beloborodova N.V., Osipov G.A. Homeostasis of small molecules of microbial origin and its role in the relationship of microorganisms with the host organism. // Vestnik RAMS, 1999, No. 7, p.25- 31.)

Таким образом, для калибровки временной шкалы и введения уточненных калибровочных шаблонов в программное обеспечение для дальнейшей автоматической обработки выявленных пиков хроматограмм, количественного расчета и идентификации маркеров и реконструкции микробиологического сообщества в пробе:Thus, to calibrate the timeline and introduce refined calibration templates into the software for further automatic processing of the detected chromatogram peaks, quantitative calculation and identification of markers, and reconstruction of the microbiological community in the sample:

- из произвольной пробы фекалий осуществляют прямое извлечение с помощью химической процедуры высших жирных кислот (ЖК) и/или стеринов;- from an arbitrary sample of feces, direct extraction of higher fatty acids (FA) and / or sterols is carried out using a chemical procedure;

- осуществляют разделение ЖК и стеринов на хроматографе в капиллярной колонке высокого разрешения, в результате чего получают графическое изображение селективных хроматограмм жирных кислот и стеринов с помощью ПО Method ГХ-МС-системы, которые образуют сетку маркерных пиков по времени удержания;- carry out the separation of LC and sterols on a chromatograph in a high resolution capillary column, resulting in a graphic image of selective chromatograms of fatty acids and sterols using Method GC-MS software, which form a network of marker peaks by retention time;

- фиксируют пик с соответствующим временем удерживания для одного или двух српецифических ионов,- fix the peak with the corresponding retention time for one or two specific ions,

- получают результат измерения площадей пиков выбранных ионов определенной массы на селективной хроматограмме (МФ), идентифицируя по ним маркер соответствующего микроорганизма- get the result of measuring the peak areas of the selected ions of a certain mass on a selective chromatogram (MF), identifying them as a marker of the corresponding microorganism

- площадь каждого пика рассчитывается по хроматограмме основного иона маркера- the area of each peak is calculated by the chromatogram of the main marker ion

- проверяют дополнительно достоверность идентификации иона по абсолютным и относительными временам удержания, наличием подтверждающих дополнительных ионов и соотношением площадей ионов идентифицированных маркеров при этом- additionally check the accuracy of ion identification by absolute and relative retention times, the presence of confirming additional ions and the ratio of the ion areas of the identified markers in this case

- принимают в качестве калибровочного стандарта результат измерений хромагограммы пробы фекалий, принимая микробное сообщество калибровочного стандарта (шаблона) за необходимое и достаточное количество, характеризующее любой исследуемый материал биологического происхождения, а идентификацию специфического иона осуществляют на основании детектирования(идентификации) микробных маркеров из стандартной базы данных по тестовым стандартным шаблонам- take as a calibration standard the result of measurements of the chromatogram of the feces sample, taking the microbial community of the calibration standard (template) for the necessary and sufficient amount characterizing any studied material of biological origin, and the identification of a specific ion is carried out on the basis of detection (identification) of microbial markers from a standard database according to test standard patterns

- осуществляют анализ состава маркера в динамическом режиме на масс-спектрометре, для чего осуществляют выявление таксономически значимых жирных кислот для хроматографической идентификации микроорганизмов по жирным кислотам- analyze the composition of the marker in dynamic mode on a mass spectrometer, for which they identify taxonomically significant fatty acids for chromatographic identification of microorganisms by fatty acids

- и осуществляют расчет концентрации маркеров и отнесение их к конкретным микроорганизмам калибровочного шаблона по формулам реконструкции микробного сообщества (см. утвержденную Росздравнадзором Технологию «Оценки микроэкологического статуса человека методом хромато-масс-спектрометрии» (Разрешение ФС 2010/038 от 24.02.2010); и Осипов, Г.А. Хромато-масс-спектрометрический анализ микроорганизмов и их сообществ в клинических пробах при инфекциях и дисбиозах. / Химический анализ в медицинской диагностике. - М.: Наука, 2010. - С.293-368.)- and calculate the concentration of markers and assign them to specific microorganisms of the calibration template according to the microbial community reconstruction formulas (see Technology approved by Roszdravnadzor "Assessment of the microecological status of a person by chromatography-mass spectrometry" (Resolution FS 2010/038 of February 24, 2010); and Osipov, G.A. Chromatography-mass spectrometric analysis of microorganisms and their communities in clinical samples for infections and dysbiosis./ Chemical analysis in medical diagnostics. - M .: Nauka, 2010. - P.293-368.)

- делают вывод о наличии идентифицированных микроорганизмов и определяют их количественное содержание в произвольной пробе фекалий, при условии, что площадь пика маркера пропорциональна его концентрации, а, следовательно, концентрации соответствующего микроорганизма.- make a conclusion about the presence of identified microorganisms and determine their quantitative content in an arbitrary sample of feces, provided that the peak area of the marker is proportional to its concentration, and, consequently, the concentration of the corresponding microorganism.

- В дальнейшем для определения микробного сообщества в серии проб, полученных от исследуемого материала, которым может быть кровь, моча, иные биологические жидкости, идентификация и количественный расчет маркеров осуществляют на основании калибровочного шаблона, полученного на основе произвольной пробы фекалий.- In the future, to determine the microbial community in a series of samples obtained from the studied material, which may be blood, urine, other biological fluids, the identification and quantitative calculation of markers is carried out on the basis of a calibration template obtained on the basis of an arbitrary sample of feces.

Конечные результаты по серии клинических проб по количественному составу идентифицированных микроорганизмов сопоставляют с нормой содержания его в биологической жидкости или ткани (Jantzen, Bryn 1985; MeNabb et al., 1997; Вейант, 1999). А качественный состав сообщества микроорганизмов, определенный в серии клинических проб сопоставляют с качественным (номенклатурным) составам сообщества микроорганизмов, определенных в произвольной пробе фекалий, которую использовали для получения калибровочного шаблона.The final results of a series of clinical samples on the quantitative composition of the identified microorganisms are compared with the norm of its content in biological fluid or tissue (Jantzen, Bryn 1985; MeNabb et al., 1997; Weyant, 1999). And the qualitative composition of the community of microorganisms defined in a series of clinical samples is compared with the qualitative (nomenclature) composition of the community of microorganisms defined in an arbitrary sample of feces, which was used to obtain a calibration template.

Калибровку системы газовой хроматографии - масс спектрометрии (ГХ-МС), оснащенной специальным ПО и дальнейшее использование калибровочного шаблона на основе проб фекалий используют для определения маркеров микроорганизмов в исследуемых пробах следующим образом.Calibration of a gas chromatography - mass spectrometry (GC-MS) system equipped with special software and the further use of a calibration template based on fecal samples are used to determine the markers of microorganisms in the samples studied as follows.

1. Готовят серию клинических анализов биологических жидкостей или тканей на содержание микробных маркеров в соответствии с утвержденной Росздравнадзором Технологией «Оценки микроэкологического статуса человека методом хромато-масс-спектрометрии» (Разрешение ФС 2010/038 от 24.02.2010) - далее просто «Технология».1. A series of clinical analyzes of biological fluids or tissues for the content of microbial markers is being prepared in accordance with the Technology “Assessment of the Microecological Status of a Person by Chromatography-Mass Spectrometry” approved by the Federal Service for Healthcare (Resolution FS 2010/038 of February 24, 2010) - hereinafter simply “Technology”.

2. Параллельно или заранее готовят калибровочный стандарт из произвольной пробы фекалий. Для этого по известной технологии выделяют из произвольной пробы фекалий простые жирные кислоты, гидрокси-кислоты, жирные альдегиды и стеролы, необходимые для полной калибровки шкалы относительных и абсолютных времен удерживания при масс-фрагментографии дневной серии клинических анализов. Калибровочный стандарт пригоден для калибровки в течение недели.2. In parallel or in advance, prepare a calibration standard from an arbitrary sample of feces. To do this, using the well-known technology, simple fatty acids, hydroxy acids, fatty aldehydes and sterols necessary for complete calibration of the scale of relative and absolute retention times during mass fragmentography of a daily series of clinical tests are isolated from an arbitrary sample of feces. The calibration standard is suitable for calibration within a week.

3. Находят маркеры микроорганизмов по специфическим (селективным) ионам.3. Find markers of microorganisms for specific (selective) ions.

4. Определяют времена удерживания вместе с другими параметрами, предусмотренными Технологией в серии клинических проб.4. Determine retention times together with other parameters provided by the Technology in a series of clinical samples.

5. Вводят в программу формата Method в соответствии с ресурсами программного обеспечения ГХ-МС-системы полученные данные. Поскольку современные ГХ-МС системы при правильной эксплуатации обеспечивают стабильность параметров в течение месяцев, каждодневный калибровочный процесс состоит лишь в небольшом редактировании шаблона Method.5. Enter the received data into the program of the Method format in accordance with the software resources of the GC-MS system. Since modern GC-MS systems, when used correctly, ensure parameter stability for months, the daily calibration process consists only in a small editing of the Method template.

6. Хроматограммы обрабатывают автоматически, пользуясь соответствующей опцией штатной программы обработки данных в приборах Agilent Technologies.6. Chromatograms are processed automatically using the appropriate option of the standard data processing program in Agilent Technologies instruments.

7. Следующие анализы клинических проб данной серии проводят в автоматическом режиме в системе ГХ-МС.7. The following analyzes of clinical samples of this series are carried out automatically in the GC-MS system.

8. Выдают стандартный рапорт в листах таблицы EXCEL.8. Issue a standard report in the sheets of the EXCEL table.

9. Результат анализа выводят автоматически на печать в виде таблицы, содержащей перечень микроорганизмов, их численность в сопоставлении с нормой и в сопровождении с графическим изображением результата в виде гистограммы.9. The analysis result is automatically printed in the form of a table containing a list of microorganisms, their number in comparison with the norm and accompanied by a graphical image of the result in the form of a histogram.

Экспрессное определение широкого круга возбудителей инфекционного процесса и контроль дисбиозов в биологических средах макроорганизма с внешней стандартизацией по близкому к естественному микробному сообществу ранее не производилось.An express determination of a wide range of pathogens of the infectious process and control of dysbiosis in the biological environments of a macroorganism with external standardization by a close to the natural microbial community has not been carried out before.

Для получения результата на серии клинических проб проводят автоматическое определение площадей пиков целевых ионов используя оптимизированный на произвольной пробе фекалий способ определения качественного состава сообщества микроорганизмов.To obtain the result in a series of clinical samples, the peak areas of the target ions are automatically determined using the method of determining the qualitative composition of the community of microorganisms optimized on an arbitrary sample of feces.

Предложенный способ подтвержден следующими примерами, которые не охватывают всех возможных вариантов применения предложенного способа.The proposed method is confirmed by the following examples, which do not cover all possible applications of the proposed method.

Пример 1. Анализ крови на микроэкологический статус.Example 1. A blood test for microecological status.

Для анализа цельную кровь в количестве 40 мкл пипеткой переносят в виал, емкостью 1,5 мл, с завинчивающейся крышкой с тефлонированной прокладкой, подсушивают (при снятой крышке) в термостате при 80°C с добавлением 40 мкл метанола для ускорения сушки. К загустевшей пробе приливают 400 мкл 1М соляной кислоты в метаноле, завинчивают плотно крышкой и подвергают кислому метанолизу при 80°C в течение 1 часа. К охлажденной реакционной среде добавляют 300 нг стандарта (дейтерометиловый эфир тридекановой кислоты), растворенного в гексане. Затем проводят экстракцию двумя порциями по 200 мкл гексана, встряхнув смесь на вортексе и позволяя ей отстоятся в течение 5 мин при комнатной температуре. Объединенный экстракт переносят в чистый виал, высушивают 5-7 мин при 80 DC и сухой остаток обрабатывают 20 мкл N,O-бис(триметилсилил)-трифторацетамида, в течение 15 мин при 80°С при закрытой крышке. К реакционной смеси добавляют 80 мкл гексана и, при анализе с использованием автосемплера, переносят смесь в коническую вставку, которую помещают в тот же виал, в котором проводили силилирование, и завинчивают его плотно крышкой. В таком виде проба пригодна для анализа в течение недели, если она герметично закрыта, и не происходит ее испарения. При ручном вводе пробы коническая вставка не нужна. Для проведения анализа смесь эфиров в количестве 2 мкл вводят в инжектор ГХ-МС системы и анализируют по программе Method, например, хроматографическое разделение пробы осуществляют на капиллярной колонке с метилсиликоновой привитой фазой HP-5ms Аджилент технолоджис длиной 25 м и внутренним диаметром 0,25 мм, газ-носитель - гелий. Режим анализа - программированный, скорость нагрева термостата колонки 7°C/мин в диапазоне 135-320°C. Выдержка при начальной температуре 1,5 мин. Температура испарителя 280°C, интерфейса 250°C. Полученные хроматограммы обрабатывают автоматически, пользуясь соответствующей опцией штатной программы обработки данных. В приборах Agilent Technologies - это опция "Calculate" в меню "Quantitate" программы Enhanced Data Analysis. Снятый в начале серии анализов файл фекалий используют как трафарет для автоматического поиска целевых пиков в рабочем (сыром) файле пробы крови.For analysis, whole blood in an amount of 40 μl is pipetted into a 1.5 ml vial with a screw cap with a teflon gasket, dried (with the cap removed) in an oven at 80 ° C with the addition of 40 μl of methanol to accelerate drying. 400 μl of 1M hydrochloric acid in methanol is poured onto the thickened sample, screwed tightly with a cap, and subjected to acid methanolysis at 80 ° C for 1 hour. To a cooled reaction medium was added 300 ng of a standard (tridecanoic acid deuteromethyl ester) dissolved in hexane. Then, extraction is carried out in two portions of 200 μl of hexane, shaking the mixture on a vortex and allowing it to settle for 5 minutes at room temperature. The combined extract was transferred to a clean vial, dried for 5-7 minutes at 80 DC and the dry residue was treated with 20 μl of N, O-bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide for 15 minutes at 80 ° C with the lid closed. 80 μl of hexane are added to the reaction mixture and, when analyzed using an autosampler, the mixture is transferred to a conical insert, which is placed in the same vial in which the silylation was carried out and screwed tightly on it with a lid. In this form, the sample is suitable for analysis within a week, if it is hermetically closed, and its evaporation does not occur. When manually entering the sample, a conical insert is not needed. For analysis, a mixture of esters in an amount of 2 μl is injected into the GC-MS injector of the system and analyzed using the Method program, for example, chromatographic separation of the sample is carried out on a capillary column with an HP-5ms methyl-silicone grafted phase Agilent Technologies with a length of 25 m and an inner diameter of 0.25 mm The carrier gas is helium. The analysis mode is programmed, the heating rate of the column thermostat is 7 ° C / min in the range of 135-320 ° C. Exposure at an initial temperature of 1.5 minutes Evaporator temperature 280 ° C, interface 250 ° C. The obtained chromatograms are processed automatically using the corresponding option of the standard data processing program. In Agilent Technologies instruments, this is the "Calculate" option in the "Quantitate" menu of Enhanced Data Analysis. The feces file taken at the beginning of the series of analyzes is used as a stencil to automatically search for target peaks in the working (raw) blood sample file.

Рапорт интегратора снимают в соответствующей опции программного обеспечения ГХ-МС системы. В программном обеспечении Chemstation приборов Agillent рапорт интегратора показан на Фиг.7.The integrator report is removed in the corresponding software option of the GC-MS system. In Chemstation Agillent Instrumentation Software, the integrator report is shown in FIG. 7.

Данные автоматически переводятся в группу формул для расчета численности микроорганизмов с учетом возможного происхождения ЖК из клеток разных таксонов (наложения профилей ЖК и альдегидов), которые показаны на Фиг.8.The data are automatically transferred to the group of formulas for calculating the number of microorganisms, taking into account the possible origin of FAs from cells of different taxa (overlapping profiles of FAs and aldehydes), which are shown in Fig. 8.

Далее автоматически формируют окончательный рапорт о реконструированном по маркерам составе микроорганизмов в микроэкологическом статусе пациента в сравнении со среднестатистической нормой (см. Фиг.9).Next, the final report is automatically generated on the composition of microorganisms reconstructed by markers in the microecological status of the patient in comparison with the average norm (see Fig. 9).

Обнаруженный в результате систематических исследований гомеостаз микробных маркеров в крови и адекватность его профиля составу кишечной микробиоты здорового человека (4) обеспечил уникальную возможность мониторировагь состояние микробиоты кишечника неинвазивным экспрессным методом - по анализу крови. Поскольку в кровь попадают также липидные компоненты отмирающих микроорганизмов из других органов, то его можно считать экспрессным методом определения микроэкологического статуса высших организмов.The homeostasis of microbial markers in the blood and the adequacy of its profile to the composition of the intestinal microbiota of a healthy person, discovered as a result of systematic studies (4), provided a unique opportunity to monitor the state of the intestinal microbiota by a noninvasive express method - by blood analysis. Since the lipid components of dying microorganisms from other organs also enter the blood, it can be considered an express method for determining the microecological status of higher organisms.

Пример 2. Анализ вагинального мазка при неспецифическом вагините.Example 2. Analysis of a vaginal smear with nonspecific vaginitis.

Пробу готовят аналогично примеру 3 так же, как кровь - подсушивают 40 мкл пробы (всю пробу, если мазок па стекле) и подвергают кислому метанолизу. Для сканирования площадей пиков целевых ионов используют файл фекалий, снятый первым в серии анализов в качестве матрицы, с которой считываются времена выхода, интервалы поиска и дополнительные параметры идентификации. Рапорт интегратора снимают в соответствующей опции программного обеспечения ГХ-МС системы и вводят в преобразованном виде в шаблон EXCEL для реконструкции микробного сообщества вагинального мазка. Результат анализа представляют в форме, аналогичной примеру 1.См. Фиг.10.The sample is prepared analogously to example 3 in the same way as blood - dried 40 μl of the sample (the entire sample, if the smear is on glass) and is subjected to acid methanolysis. To scan the peak areas of the target ions, use the feces file, first recorded in a series of analyzes as a matrix with which the exit times, search intervals and additional identification parameters are read. The integrator's report is removed in the appropriate software option of the GC-MS system and injected in the converted form into the EXCEL template for reconstruction of the microbial community of the vaginal smear. The result of the analysis is presented in a form similar to example 1. See Figure 10.

Пример 3. Выявление дисбиоза по микробным маркерам в биоптате кишечной стенки.Example 3. Detection of dysbiosis by microbial markers in the biopsy of the intestinal wall.

Биоптат кишечной стенки, полученный в процессе колоно- или интестиноскопии в количестве 4-8 мг взвешивают сразу после получения и хранят до анализа в замороженном виде при температуре (-5°С) и ниже. Для анализа пробу подвергают кислому метанолизу как в примере 3, без предварительного подсушивания. Для сбора данных и автоматического интегрирования площадей пиков целевых ионов используют файл фекалий, снятый первым в серии анализов в качестве матрицы, с которой считываются времена выхода, интервалы поиска и дополнительные параметры идентификации. Рапорт интегратора снимают в соответствующей опции программного обеспечения ГХ-МС системы и вводят в преобразованном виде в шаблон EXCEL для реконструкции микробного сообщества вагинального мазка. Результат анализа представляют в форме, аналогичной примеру 1. См. Фиг.11.A biopsy sample of the intestinal wall obtained during colonoscopy or intestinaloscopy in an amount of 4-8 mg is weighed immediately after receipt and stored until analysis in a frozen form at a temperature (-5 ° C) and below. For analysis, the sample is subjected to acid methanolysis as in example 3, without preliminary drying. To collect data and automatically integrate the peak areas of the target ions, a feces file is used, which was first taken in a series of analyzes as a matrix with which the exit times, search intervals and additional identification parameters are read. The integrator's report is removed in the appropriate software option of the GC-MS system and injected in the converted form into the EXCEL template for reconstruction of the microbial community of the vaginal smear. The result of the analysis is presented in a form analogous to example 1. See 11.

Кроме того эти же данные анализа представляют в форме дисбиоза, когда из колонки данных измерений пациента вычитают данные колонки нормы. При этом вертикальная линия сетки с координатой "0" - становится нормой. Отклонение в плюсовую сторону - избыточный рост микроорганизмов, в минусовую сторону - дефицит микробиоты. См. Фиг.12.In addition, the same analysis data is presented in the form of dysbiosis, when the norm column data is subtracted from the patient’s measurement data column. In this case, the vertical grid line with the coordinate "0" - becomes the norm. Deviation in the positive direction - excessive growth of microorganisms, in the negative direction - deficiency of microbiota. See FIG. 12.

Предложенный способ обеспечивает высокоточное определение специфических маркерных молекул, жирных кислот, альдегидов стеринов, входящих в состав клеточных стенок микроорганизмов. С помощью высокочувствительного и селективного метода газовой хроматографии - масс спектрометрии (ГХ-МС) предложенный способ калибровки позволяет одновременно определять и измерять в пробе наличие и концентрации более сотни микробных маркеров. Анализ проводят без дополнительных повторных измерений стандартных тестов и дополнительного подращивания штаммов из исследуемой ассоциации с использованием питательных сред. Идентификацию и измерение проводят непосредственно в анализируемом биологическом материале (пробе), например крови, моче, биоптатах и других биологических жидкостях и тканях, получая сразу результат измерения, минуя стадии предварительного посева на питательные среды или использование тестовых биохимических материалов. Это обеспечивает возможность мониторинга лечения в клинической практике.The proposed method provides high-precision determination of specific marker molecules, fatty acids, sterol aldehydes, which are part of the cell walls of microorganisms. Using a highly sensitive and selective method of gas chromatography - mass spectrometry (GC-MS), the proposed calibration method allows you to simultaneously determine and measure in the sample the presence and concentration of more than a hundred microbial markers. The analysis is carried out without additional repeated measurements of standard tests and additional growth of strains from the studied association using nutrient media. Identification and measurement is carried out directly in the analyzed biological material (sample), for example, blood, urine, biopsy specimens and other biological fluids and tissues, receiving immediately the measurement result, bypassing the preliminary seeding stage on nutrient media or using test biochemical materials. This provides the ability to monitor treatment in clinical practice.

Таким образом, предложенный способ калибровки по калибровочному шаблону (стандарту), полученному из кала, обеспечивает его применение в медицине и заключается в качественном и количественном определении молекулярных маркеров микроорганизмов непосредственно в биологической жидкости или ткани (пробе) с целью определения микроэкологического статуса организма и его отклонений от гомеостаза (дисбиоз) а также выявление или уточнение этиологии инфекционно-воспалительного процесса при любых нозологических формах заболеваний в клинической практике. При определении микробного сообщества в исследуемой пробе биологического материала, характеризующего, например, пищевые продукты, по составу и количеству микроорганизмов в пробе легко определить степень пригодности продукта к употреблению.Thus, the proposed method of calibration according to a calibration template (standard) obtained from feces ensures its use in medicine and consists in the qualitative and quantitative determination of molecular markers of microorganisms directly in biological fluid or tissue (sample) in order to determine the microecological status of the organism and its deviations from homeostasis (dysbiosis) as well as the identification or clarification of the etiology of the infectious and inflammatory process in any nosological forms of diseases in the clinical practice. When determining the microbial community in the test sample of biological material that characterizes, for example, food products, it is easy to determine the degree of suitability of the product for consumption by the composition and number of microorganisms in the sample.

Claims (13)

1. Способ калибровки системы газовой хроматографии - масс спектрометрии (ГХ - МС), оснащенной программным обеспечением, для определения маркеров микроорганизмов в исследуемой пробе материала биологического происхождения, заключающийся в том, что проводят качественный и количественный хромато-масс-спектрометрический анализ исследуемого биологического материала на содержание жирных кислот и оксикислот, выделяют и производят идентификацию отдельного таксона микроорганизма по его (таксона) профильным и маркерным признакам, для чего определяют специфические ионы маркеров микроорганизмов методом масс-фрагментографии с последующим выявлением полного сообщества микроорганизмов (возбудителей, таксонов) в исследуемом материале биологического происхождения, используя метод внутреннего стандарта (шаблона) идентифицируют компоненты пробы по жирным кислотам и оксикислотам путем сравнения полученных данных со стандартной базой данных, и определяют их количественное содержание, отличающийся тем, что перед измерением серии рутинных клинических проб исследуемого материала, собирают произвольную пробу фекалий, принимая ее в качестве эталонной смеси, на основе эталонной смеси строят хроматограмму, и по полученным качественным и количественным характеристикам сообщества микроорганизмов пробы данной эталонной смеси, осуществляют определение пиков специфических ионов на шкале времен удержания для дальнейшего расчета состава сообщества микроорганизмов в последующей серии клинических проб по маркерам этих микроорганизмов, причем качественные и количественные характеристики сообщества микроорганизмов произвольной пробы фекалий принимают за необходимое и достаточное количество, характеризующее любой исследуемый материал биологического происхождения, а идентификацию специфического иона осуществляют на основании детектирования пиков хроматограммы маркеров из стандартной (тестовой) базы данных.1. A method of calibrating a gas chromatography system - mass spectrometry (GC - MS), equipped with software, for determining microorganism markers in a test sample of a material of biological origin, which consists in conducting a qualitative and quantitative chromatographic-mass spectrometric analysis of the studied biological material on the content of fatty acids and hydroxy acids, isolate and identify an individual taxon of a microorganism by its (taxon) profile and marker characteristics, for which separate specific marker ions of microorganisms by mass fragmentography followed by the identification of a complete community of microorganisms (pathogens, taxa) in the test material of biological origin, using the internal standard method (template), identify the components of the sample for fatty acids and hydroxy acids by comparing the data with a standard database, and determine their quantitative content, characterized in that before measuring a series of routine clinical samples of the studied material, an arbitrary sample of feces is collected, taking it as a reference mixture, a chromatogram is built on the basis of the reference mixture, and, using the obtained qualitative and quantitative characteristics of the microorganism community, samples of this reference mixture are used to determine the peaks of specific ions on the retention time scale for further calculation of the composition of the microorganism community in the subsequent a series of clinical samples on the markers of these microorganisms, with qualitative and quantitative characteristics of the community of microorganisms arbitrary faeces samples taken as a necessary and sufficient quantity that characterizes the monitoring of any material of biological origin, and the identification of the specific ion is carried out on the basis of the detection peaks of the chromatogram from the standard markers (test) database. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют калибровку прибора, оснащенного специальным программным обеспечением, по микробным маркерам произвольной пробы фекалий по временным интервалам их расположению на временной шкале и по площадям пиков.2. The method according to claim 1, characterized in that they calibrate the device equipped with special software for microbial markers of an arbitrary sample of feces at time intervals for their location on the time scale and peak areas. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют прямое извлечение с помощью химической процедуры высших жирных кислот из подлежащей исследованию пробы эталонной смеси, на основе которой калибруют временные интервалы для системы ГХ - МС на стандартных тестовых хроматограммах базы данных.3. The method according to claim 1, characterized in that the direct extraction of higher fatty acids by means of a chemical procedure from the sample of the reference mixture to be studied, based on which time intervals are calibrated for the GC - MS system on standard test database chromatograms. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пробе эталонной смеси и последующих рутинных клинических пробах осуществляют разделение ЖК и стеринов на хроматографе в капиллярной колонке высокого разрешения, в результате получая графическое изображение селективных хроматограмм жирных кислот и стеринов с помощью ПО Method ГХ - МС-системы, которые образуют сетку маркерных пиков по времени удержания, и сравнивают их между собой.4. The method according to claim 1, characterized in that in the sample of the reference mixture and subsequent routine clinical samples, the LC and sterols are separated on a chromatograph in a high resolution capillary column, resulting in a graphic image of selective chromatograms of fatty acids and sterols using Method GC software - MS systems that form a grid of marker peaks by retention time, and compare them with each other. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на хроматограмме пробы эталонной смеси фиксируют пик с соответствующим временем удерживания для одного или двух специфических ионов, получают результат измерения площадей пиков выбранных ионов определенной массы на селективной хроматограмме (МФ), идентифицируя по ним маркер соответствующего микроорганизма в рутинной клинической пробе.5. The method according to claim 1, characterized in that a peak with an appropriate retention time for one or two specific ions is fixed on the chromatogram of the sample of the reference mixture, and the result is the measurement of the peak areas of the selected ions of a certain mass on a selective chromatogram (MF), identifying them as a marker the corresponding microorganism in a routine clinical trial. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадь каждого пика хроматограммы рутинной клинической пробы рассчитывается по хроматограмме основного иона маркера пробы эталонной смеси.6. The method according to claim 1, characterized in that the area of each peak of the chromatogram of a routine clinical sample is calculated from the chromatogram of the main ion of the marker of the sample of the reference mixture. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что проверяют дополнительно достоверность идентификации иона по абсолютным и относительным временам удержания, наличием подтверждающих дополнительных ионов и соотношением площадей ионов идентифицированных маркеров только на хроматограмме пробы эталонной смеси.7. The method according to claim 1, characterized in that they additionally check the reliability of the identification of the ion by the absolute and relative retention times, the presence of confirming additional ions and the ratio of the ion areas of the identified markers only on the chromatogram of the sample of the reference mixture. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что расхождение во временах удерживания маркеров относительно значений стандартных тестовых времен удержания хроматограмм базы данных в хроматограмме пробы эталонной смеси принимают не более 0,1 мин.8. The method according to claim 1, characterized in that the discrepancy in the retention times of the markers relative to the values of the standard test retention times of the chromatograms of the database in the chromatogram of the sample of the reference mixture take no more than 0.1 minutes 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рутинной клинической пробе осуществляют идентификацию состава сообщества микроорганизмов в динамическом режиме на масс-спектрометре, для чего осуществляют выявление таксономически значимых жирных кислот на хроматограмме, идентифицируя микроорганизмы по хроматограмме жирных кислот, полученной на пробе эталонной смеси.9. The method according to claim 1, characterized in that in a routine clinical sample, the composition of the community of microorganisms is dynamically identified on a mass spectrometer, for which taxonomically significant fatty acids are identified on a chromatogram, identifying microorganisms by the chromatogram of fatty acids obtained on the sample reference mixture. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют расчет концентрации маркеров и отнесение их к конкретным микроорганизмам на основе расчета по калибровочному шаблону по формуле:
N1=Ai[Mst/(q2·Msam·Ast)]/Ri1,
где N1 - число клеток микроогранизма (таксона микроорганизма) в единице объема или веса пробы эталонной смеси;
К - постоянный коэффициент, равный к=Mst/(q2·Msam·Ast)=Mst(mg)/(5,1·10(-15)(г)·Msam(мг)·Ast);
Ai - площадь пика маркера;
Mst - количество калибровочного шаблона (стандарта) в пробе, мг;
Мsam - количество пробы;
Ast - площадь пика калибровочного шаблона (стандарта);
Ri1 - доля в % маркера с индексом i в профиле ЖК определяемого микроба с номером 1 (N1);
q2 - коэффициент, равный 5,1·10(-15) г при условии, что 1 г микробной биомассы содержит 5,9·1012 клеток микроорганизмов,
а для всех последующих рутинных клинических проб - по формуле
N2=Ai·k/Ri2,
где Ai - площадь пика i-го маркера, по которому проводятся вычисления;
Ri2 - содержание i-го маркера %, в составе ЖК этого микроорганизма.
10. The method according to claim 1, characterized in that they calculate the concentration of markers and assign them to specific microorganisms based on the calculation according to the calibration template by the formula:
N 1 = Ai [Mst / (q2 · M sam · Ast)] / Ri 1 ,
where N 1 is the number of cells of microorganism (taxon of the microorganism) per unit volume or weight of the sample of the reference mixture;
K is a constant coefficient equal to k = Mst / (q2 · M sam · Ast) = Mst (mg) / (5.1 · 10 (-15) (g) · M sam (mg) · Ast);
Ai — marker peak area;
Mst is the number of calibration template (standard) in the sample, mg;
M sam is the number of samples;
Ast is the peak area of the calibration template (standard);
Ri 1 is the percentage in% of the marker with index i in the LC profile of the determined microbe with number 1 (N 1 );
q2 - coefficient equal to 5.1 · 10 (-15) g, provided that 1 g of microbial biomass contains 5.9 · 10 12 cells of microorganisms,
and for all subsequent routine clinical trials - according to the formula
N 2 = Ai · k / Ri 2 ,
where Ai is the peak area of the i-th marker, according to which the calculations are carried out;
Ri 2 - content of the i-th marker%, in the composition of the FA of this microorganism.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что хроматограмму принимают за шаблон для хроматограмм последующей серии рутинных клинических проб в формате Method программного обеспечения системы ГХ - МС.11. The method according to claim 1, characterized in that the chromatogram is taken as a template for the chromatograms of a subsequent series of routine clinical samples in the Method format of the software of the GC – MS system. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что пики специфических ионов отбирают в требуемом количестве для последующей идентификации и расчета на основе пиков хроматограммы маркеров калибровочного шаблона.12. The method according to claim 1, characterized in that the peaks of specific ions are selected in the required amount for subsequent identification and calculation based on the peaks of the chromatogram of the markers of the calibration template. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что точность параметров, введенных в специальное программное обеспечение системы ГХ - МС, обеспечивают за счет использования уточненных характеристик калибровочного шаблона, введенных в программу в формате Method, и все последующие измерения характеристик последующих рутинных клинических проб и обработку их хроматограмм проводят автоматически с помощью программы Enhanced Data Analysis. 13. The method according to claim 1, characterized in that the accuracy of the parameters entered into the special software of the GC-MS system is ensured by using the updated characteristics of the calibration template entered into the program in the Method format and all subsequent measurements of the characteristics of subsequent routine clinical samples and processing of their chromatograms is carried out automatically using the Enhanced Data Analysis program.
RU2012101198/15A 2012-01-10 2012-01-10 Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin RU2501011C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101198/15A RU2501011C2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101198/15A RU2501011C2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012101198A RU2012101198A (en) 2013-07-20
RU2501011C2 true RU2501011C2 (en) 2013-12-10

Family

ID=48791668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101198/15A RU2501011C2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2501011C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715223C1 (en) * 2019-12-02 2020-02-26 Общество с ограниченной ответственностью "Медбазис" Method for determining reference values of microorganism indicators analyzed by chromato-mass spectrometry
RU2807137C1 (en) * 2023-04-12 2023-11-09 Федеральное бюджетное учреждение науки "Ростовский научно-исследовательский институт микробиологии и паразитологии" Technique for determining film-forming function of pseudomonads based on mass spectrometry using maldi-tof method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU934298A1 (en) * 1980-11-25 1982-06-07 Предприятие П/Я В-8644 Method of producing graduation vapour-gas mixtures
SU940059A1 (en) * 1980-12-29 1982-06-30 Предприятие П/Я В-8644 Gas chromatograph graduation method
SU1096574A1 (en) * 1983-02-23 1984-06-07 Восточный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Углехимический Институт Gas chromatograph calibration method
SU1627980A1 (en) * 1988-05-17 1991-02-15 Волгоградское Специальное Конструкторское Бюро Научно-Производственного Объединения "Нефтехимавтоматика" Method for graduation of chromatographer
RU2410678C1 (en) * 2009-10-07 2011-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН Method of producing standard gas mixes and device to this end

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU934298A1 (en) * 1980-11-25 1982-06-07 Предприятие П/Я В-8644 Method of producing graduation vapour-gas mixtures
SU940059A1 (en) * 1980-12-29 1982-06-30 Предприятие П/Я В-8644 Gas chromatograph graduation method
SU1096574A1 (en) * 1983-02-23 1984-06-07 Восточный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Углехимический Институт Gas chromatograph calibration method
SU1627980A1 (en) * 1988-05-17 1991-02-15 Волгоградское Специальное Конструкторское Бюро Научно-Производственного Объединения "Нефтехимавтоматика" Method for graduation of chromatographer
RU2410678C1 (en) * 2009-10-07 2011-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН Method of producing standard gas mixes and device to this end

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715223C1 (en) * 2019-12-02 2020-02-26 Общество с ограниченной ответственностью "Медбазис" Method for determining reference values of microorganism indicators analyzed by chromato-mass spectrometry
RU2807137C1 (en) * 2023-04-12 2023-11-09 Федеральное бюджетное учреждение науки "Ростовский научно-исследовательский институт микробиологии и паразитологии" Technique for determining film-forming function of pseudomonads based on mass spectrometry using maldi-tof method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012101198A (en) 2013-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Filipiak et al. SPME in clinical, pharmaceutical, and biotechnological research–How far are we from daily practice?
JP2016513259A (en) Method for identifying bacterial species in a biological sample by gas chromatography mass spectrometry (GC / MS)
CN101344528B (en) Bovine serum cholesterol standard substance and use thereof
CN109765319A (en) A kind of Liushen Pills HPLC fingerprint atlas detection method
Vautz et al. Exemplar application of multi-capillary column ion mobility spectrometry for biological and medical purpose
RU2423704C1 (en) Laboratory diagnostic technique for sepsis
CN102866258B (en) Urinary calculus pathogen diagnosis system and application method thereof
RU2501011C2 (en) Calibration method of gas chromatography-mass spectrometry (gc-ms) system equipped with special software for determination of markers of microorganisms in tested sample of material of biological origin
Schmidt et al. Mapping the landscape of lung cancer breath analysis: A scoping review (ELCABA)
Sever et al. Biomarkers for detection and monitoring of B16 melanoma in mouse urine and feces
CN111537629B (en) Lipid in feces for detecting active tuberculosis and detection system thereof
CN105353047A (en) Determination method and application of osteoporosis serum metabolic marker
Wang et al. How many cells are enough for single-cell infrared spectroscopy?
CN109187814A (en) A kind of method and its detection kit for identifying kidney transplant prognosis biomarker
Hauber et al. The use of high-resolution 1 H nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy in the clinical diagnosis of Acanthamoeba
JP2005055180A (en) Bacterium identification device and method
US20230030753A1 (en) Method for detecting short-chain fatty acids in biological sample
Persaud et al. Monitoring urinary tract infections and bacterial vaginosis
CN112098529A (en) Fecal metabolite for detecting curative effect of active tuberculosis and detection system thereof
RU2715223C1 (en) Method for determining reference values of microorganism indicators analyzed by chromato-mass spectrometry
CN111562321B (en) Fecal metabolite for detecting active tuberculosis and detection system thereof
Pinault et al. Development of a novel HPTLC-based method for the simultaneous quantification of clinically relevant lipids from cells and tissue extracts
RU2146368C1 (en) Method of detection of pathogen of infectious process in sterile biological media of microorganism
RU2766796C1 (en) Method for the diagnosis of cryptosporidiosis by the concentration of molecular markers of microorganisms in the blood
Persaud et al. Identification of wound infection by limited set of volatile products

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150111