Identification of bacteria by mass spectrometry

Abstract

Identification of bacteria is a major part of the diagnosis of a pathogenic infection. In order to positively and confidently identify the bacteria, different techniques can be applied. These techniques are based on different principles, such as phenotypic differences, DNA sequences comparison, mass spectrometry (MALDI-TOF) and the protein content of the bacteria. From comparison of MALDI-TOF for bacteria identification with the other methodologies available, several advantages can be highlighted: lower cost per identification, faster results and higher discrimination power. This work focus on the development of a new application capable of identifying bacteria using MALDI-TOF mass spectrometry. It started by the protein extraction of the samples and the acquisition of the mass profiles of those bacteria. This work proceeded with the development of an application to identify bacteria by comparing the mass profile of an unknown sample with the mass profiles of the bacteria in our database. Using the developed application it was possible to identify both Gram-positive and Gram-negative bacteria to the strain-level. When an identification to strain-level was not possible, it was possible to identify the bacteria to the species-level and in the case the database did not contain an entry of the same species as the sample, the score values were low enough to disregard a possible identification resulting in a low false-positive rate.

A identificação de bactérias é um dos principais componentes do diagnóstico de infeções patogénicas. De modo a se conseguir obter uma identificação podem ser aplicadas diferentes técnicas, tais como, diferenças de fenótipo, comparação de sequências de ADN e a comparação do conteúdo proteico das bactérias. Quando se compara a identificação bacteriana com recurso à espectrometria de massa MALDI-TOF com as metodologias alternativas, podemos destacar diversas vantagens: menor custo por análise, menos tempo para obtenção de resultados e um maior poder discriminatório. Este trabalho tem como foco o desenvolvimento de uma nova aplicação capaz de identificar bactérias com recurso a espectrometria de massa. O trabalho foi iniciado com a extração proteica das amostras e a aquisição dos perfis de massa dessas bactérias. De seguida, prosseguiu-se com o desenvolvimento de uma aplicação para a identificação de bactérias com base na comparação dos perfis de massa da amostra e dos perfis contidos na base de dados. Usando a aplicação desenvolvida conseguiu-se identificar corretamente tanto bactérias Gram-positivas como Gram-negativas. Quando uma identificação da estirpe não foi possível, a aplicação permitiu a identificação da espécie bacteriana e no caso de a base de dados não conter nenhuma entrada que correspondesse a estirpe ou espécie da amostra, os scores obtidos eram suficientemente baixos para uma eventual identificação ser descartada, resultando assim numa baixa taxa de falsos positivos.