31.03.2022

Autof MS 1000 в России: быстрая и точная идентификация микроорганизмов

Mасс-спектрометр Autof MS 1000 формата MALDI-TOF — новинка на российском рынке от китайского производителя Autobio Diagnostics.

MALDI-TOF в клинической диагностике

В последнее время все более широкое распространение в мире получает метод идентификации микроорганизмов с помощью времяпролетной масс-спектрометрии с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией (MALDI-TOF MS). Масс-спектрометрия — это метод анализа вещества, основанный на ионизации атомов и молекул, входящих в состав исследуемого образца, и регистрации спектра масс образовавшихся ионов. Идентификации микроорганизмов с помощью MALDI-TOF MS отличается высокой точностью и быстротой. Время идентификации выделенных чистых культур удается существенно сократить по сравнению с общепринятыми методами (24–48 часов для бактерий и 36–48 часов для грибов, тогда как другие методы требуют не менее 5 дней). Применение MALDI-TOF MS снижает стоимость исследований и увеличивает пропускную способность лаборатории.

Масс-спектрометр Autof MS 1000 от китайского производителя Autobio Diagnostics — новинка на российском рынке. Однако в настоящее время в Китае уже продано около 550 таких масс-спектрометров и 60 — за его пределами: в США, Франции, Англии, Польше, Болгарии, Румынии, Италии, Греции, Таиланде, Индии, Северной Корее. Эксклюзивный дистрибьютор продукции Autobio Diagnostics в России — компания «ИнтерЛабСервис».

Среди масс-спектрометров, применяемых в микробиологических исследованиях, в России сейчас наиболее популярен Bruker Biotyper от немецкой компании Bruker Daltonics (около 180 приборов на территории России). Гораздо менее популярным считается масс-спектрометр Vitek MS от французской компании BioMérieux (примерно 10-15% от общего числа приборов Bruker Biotyper). Следует отметить, что компания Bruker недавно ушла с российского рынка, а ее наиболее популярная модель, имеющая регистрационное удостоверение, планируется к снятию с производства.

Принцип работы масс-спектрометра Autof MS 1000 и конкурентных приборов Bruker Biotyper и Vitek MS один и тот же, но каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Autof MS 1000, как и его аналоги, работает по технологии MALDI-TOF. Устроен он следующим образом: в рабочей части расположены два модуля — матричный вспомогательный лазерно-десорбционно-ионизационный источник ионов (MALDI) и анализатор качества времени пролета ионов (TOF). Импульсы лазера освещают сокристаллизационную пленку, полученную в результате смешивания образца целевой пластины с матрицей. Матрица поглощает энергию импульса лазера и передает ее биологическим молекулам в составе образца. Ионизация биомолекул происходит путем передачи протона или получения протона. Таким образом, MALDI-TOF — технология мягкой ионизации, в результате которой образуются однозарядные ионы. Это способствует максимальному сохранению структуры исследуемого образца.

Принцип TOF заключается в том, что ионы ускоряются над времяпролётной трубой под действием электрического поля, где определяется отношение массы к заряду (м/z) измеряемых ионов в зависимости от времени пролета. В завершение процесса сигнал выводится цифровой системой управления для получения масс-спектра.

MALDI-TOF: принцип метода

Знакомство с Autof MS 1000

Масс-спектрометр Autof MS 1000 (Autobio Diagnostics) имеет следующие характеристики:

337 нм азотный лазер;
высокий лимит прочности — до 400 млн выстрелов;
максимальная частота импульса — 60 Гц;
диапазон масс от 1 до 500кДа;
пролетное расстояние 1,05 м;
размеры 450х705х1280 см.

Основными его преимуществами являются:

увеличенное разрешение за счет инновационного оптического дизайна;
улучшенное позиционирование пластины аналита;
уникальный дизайн системы детекции способствует увеличению воспроизводимости результата;
высокоэффективная турбомолекулярная помпа и механическая помпа;
наличие 0,01 мкм фильтра помпы усиливает биологическую безопасность;
ССD камера контроля выстрелов.

Следует также отметить преимущества прибора с позиции удобства применения:

быстрый анализ с выдачей результата за доли секунды;
широкая, постоянно обновляемая база штаммов;
совместимость с лабораторной информационной системой (ЛИС);
получение масс-спектров в режиме реального времени;
настраиваемость вариантов выдачи результата в виде отчетов;
универсальность программного обеспечения (ПО) «все в одном».

Масс-спектрометр Autof MS 1000 используется в клинической диагностике для идентификации микроорганизмов (грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также грибов). Данная технология позволяет получить бактериальный спектр в течение нескольких минут. Идентифицируются рибосомные белки, молекулярная масса которых не превышает 15 кДа.

Как и на всех аналогичных приборах, полученные масс-спектры неизвестных микроорганизмов необходимо сравнить со спектрами достоверно идентифицированных микроорганизмов, которые содержатся в базе данных. В ходе сравнения на основании корреляции полученных пиков и их интенсивности высчитывается коэффициент соответствия. Метод дает возможность определять микроорганизмы до рода и вида. Важно отметить, что база данных Autof MS 1000 постоянно расширяется и регулярно (раз в год) обновляется, что позволяет идентифицировать все большее число микроорганизмов. На март 2022 года база данных Autof MS 1000 включает в себя 1032 рода, 5053 вида, 16892 штамма.

Для проведения масс-спектрометрического анализа на приборе Autof MS 1000 необходима одиночная колония чистой культуры. Технология позволяет использовать специальные протоколы выделения рибосомных белков из микобактерий, грамположительных и грамотрицательных бактерий бактерий, а также сложных микроорганизмов таких, например, как споросодержащие или грибы. Использование готовых протоколов позволяет улучшить качество сокристаллизации матрицы с исследуемым аналитом и повысить качество анализируемых данных.

Еще одно уникальное преимущество масс-спектрометра Autof MS 1000 — для исследования образцов используется специальная металлическая пластина, состоящая из двух частей: основной пластины и накладки. Колонию образца наносят непосредственно на накладку, рассчитанную на исследование 96 образцов за раз. Накладка используется многоразово. По мнению производителя, подобное строение металлической пластины снижает риск контаминации во время пробоподготовки образцов к исследованию.

Пластина и накладка масс-спектрометра Autof MS 1000

В пробоподготовке используются реагенты для предварительной обработки бактерий и грибов, входящие в состав комплекта масс-спектрометра Autof MS 1000: лизат 1 (1 флакон, содержащий 1,0 мл раствора муравьиной кислоты) и лизат 2 (1 флакон, содержащий 1,1 мл раствора с ацетонитрилом) для разрушения клеточной стенки образца и извлечения рибосомного белка, а также буфер (1 флакон, содержащий 0,3 мл раствора трифторуксусной кислоты) и матрица (4 пробирки, в каждой из которых содержится 0,5 мл α-циано-4-гидроксикоричной кислоты).

Кроме этого, в состав комплекта входит калибратор, содержащий рибонуклеазу, миоглобин и белок, извлеченный из Escherichia coli. Для определения параметров калибровки используется специальная таблица из мануала производителя.

Для идентификации образцов также необходимо использовать стандартные штаммы, рекомендованные производителем: Enterococcus faecalis (ATCC51299), Escherichia coli (ATCC25922), Enterococcus faecium (ATCC19434), Staphylococcus aureus (ATCC21913), Bacteroides fragilis (ATCC 25285) и Pseudomonas aeruginosa (ATCC 22019).

Результат идентификации микроорганизмов на масс-спектрометре Autof MS 1000 оценивается по значению индекса соответствия (score value) в диапазоне от 0 до 10: 9,5–10 — весьма вероятная идентификация до вида; 9,0–9,5 — надежная идентификация до рода, вероятная идентификация до вида; 6,0–9,0 — вероятная идентификация до рода; 0–6,0 — ненадежная идентификация.

Недостатки и преимущества

К основным недостаткам метода можно отнести следующие:

пробоподготовка требует тщательного подбора состава матрицы;
сама технология масс-спектрометрии ограничивает минимальную массу аналита;
состав матрицы оказывает сильное влияние на исследуемый образец;
данный метод обычно используется с высокоразрешающими детекторами.

Но поскольку данная технология масс-спектрометрии увеличивает скорость, точность идентификации болезнетворных микроорганизмов и, соответственно, эффективность лечения пациентов, это напрямую способствует улучшению качества ухода за больными и снижению расходов на здравоохранение в целом.

Преимущества масс-спектрометра Autof MS 1000 освещены в научных публикациях 2019-2021 гг. по результатам исследований в Китае и многих европейских странах. Публикации свидетельствуют о том, что данный метод более эффективен для идентификации бактерий и грибов, чем большинство биохимических тестов, его диагностическая точность и экономическая целесообразность выше по сравнению с ними.

Также в научных публикациях представлены результаты сравнения работы Autof MS 1000 с конкурентными приборными базами других производителей — BioMérieux и Bruker. Китайский масс-спектрометр имеет преимущества по следующим параметрам: производительность тестов в час, ресурс лазера, временной показатель набора вакуума системой и время ожидания перед загрузкой образцов для исследования. Наконец, уже упомянутая база данных Autof MS 1000 — одна из самых обширных.

Таким образом, масс-спектрометр от Autobio Diagnostics, работающий по технологии MALDI-TOF, ускоряет идентификацию микроорганизмов и формирование лабораторного микробиологического диагноза, одновременно повышая точность клинического диагноза. Это, в свою очередь, позволяет быстрее назначать пациентам корректную терапию.