質(zhì)譜技術(shù)在微生物鑒定和生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用詳解演示文稿

質(zhì)譜技術(shù)在微生物鑒定和生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二（優(yōu)選）質(zhì)譜技術(shù)在微生物鑒定和生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二布魯克各類現(xiàn)代生物質(zhì)譜：離子阱MALDITOF/TOFESI-Q-TOFFTMS現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二質(zhì)譜儀的工作原理

質(zhì)譜儀是利用電磁學(xué)原理，使帶電的樣品離子按質(zhì)荷比進(jìn)行分離的裝置。離子電離后經(jīng)加速進(jìn)入磁場(chǎng)中，其動(dòng)能與加速電壓及電荷z有關(guān)，即m/z=2U/v2

其中z為離子的電荷，U為加速電壓，m為離子的質(zhì)量，v為離子初加速后的運(yùn)動(dòng)速度。具有速度v的帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜分析器的電磁場(chǎng)中，根據(jù)所選擇的分離方式，最終各種離子按質(zhì)荷比（m/z）的不同實(shí)現(xiàn)分離?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二電離源質(zhì)譜儀中產(chǎn)生離子的裝置稱為離子源(ionsource)。電離源的功能是將進(jìn)樣系統(tǒng)引入的氣態(tài)樣品分子轉(zhuǎn)化成離子。由于離子化所需要的能量隨分子不同差異很大，因此，對(duì)于不同的分子應(yīng)選擇不同的離解方法。通常稱能給樣品較大能量的電離方法為硬電離方法，而給樣品較小能量的電離方法為軟電離方法。

質(zhì)譜技術(shù)中的幾種離子源基質(zhì)輔助激光解吸離子化

(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization，MALDI)2.電噴霧離子化(Electrosprayionization，ESI)現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二SampletargetIonopticsLineardetectorLaserMALDI-TOFMALDI:線性工作原理Mixmatrix&sampleontargetFirelaseratmatrix/sampleIonizesample(solidtogasphase)Accelerate/extractionsSeparateionsinanalyzerRecordspectrumatdetectorTimeofflight(TOF)massanalyzer(fieldfree)02040608010010000200003000040000m/z+vemode[M+H]+ions現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二MALDI基質(zhì)輔助激光解析附原理:

Streptococcuspneumoniae:masssignalsmatchingtoribosomalproteins(consideringpossiblemethioninecleavageand/ormethylation)aremarkedinred~50%ofpeaksunambiguouslyrepresentribosomalproteinsproteinmassesobtainedfromtheSwiss-Prot/TrEMBLsequencedatabase現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)一、真空系統(tǒng)質(zhì)譜儀的離子產(chǎn)生及經(jīng)過系統(tǒng)必須處于高真空狀態(tài)(離子源真空度應(yīng)達(dá)1.3×10-4-3×10-5pa，質(zhì)量分析器中應(yīng)達(dá)1.3×10-6pa)。若真空度過低，則會(huì)造成離子源燈絲損壞、本底增高、副反應(yīng)過多，從而使圖譜復(fù)雜化、干擾離子源的調(diào)節(jié)、加速極放電等問題。一般質(zhì)譜儀都采用機(jī)械泵預(yù)抽真空后，再用高效率擴(kuò)散泵連續(xù)地運(yùn)行以保持真空。圖5.1質(zhì)譜儀的構(gòu)成現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二微生物鑒定方法感官視覺,嗅覺,味覺免疫單或多克隆抗體分子PCR……生化代謝能力和耐抗生素耗時(shí)氣質(zhì)法（GC-MS）脂肪酸，小分子糖MALDI-TOFMS現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二11/04/202310微生物鑒定新方法（MALDITOF）比現(xiàn)有方法鑒定更多生物多樣性的病原體分析時(shí)間僅1-2minutes現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)代微生物分類學(xué):蛋白組學(xué)&基因組學(xué)

ProteinBacterialCellDNAGenomeProteomeDNAFingerprintMassFingerprintSpeciesDefinition&DeterminationMALDI-TOFMS現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二1212

不同細(xì)菌代表性指紋圖譜不同

各菌種代表性峰型分布存在顯著差異，有助于鑒定各個(gè)菌種！現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二1313腸桿菌（Enterobacteriaceae）MS圖譜示:

科,屬,種特異性峰值部分峰值是多數(shù)菌種共有的（如m/z4365:核糖體蛋白L36)峰值有

科,屬,種或

亞種-特異性種間特異性代表峰值用來區(qū)分不同菌種現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二核糖體蛋白不受生長(zhǎng)條件影響MassspectraofProteusmirabilisDSM4479atdifferentincubationtimesNomajorqualitativechangesinpeakpatternsdistinguishingfamily,genusandspeciesDecreaseofsignalintensityovertimePresenceandabsenceofpeaksIdentificationwith>99%confidence現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二樣品SARAMIS工作流程轉(zhuǎn)移細(xì)胞到MALDI靶板導(dǎo)入數(shù)據(jù)至SARAMISLIMS鑒定/比較分析基質(zhì)現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二微生物鑒定流程生長(zhǎng)在固體培養(yǎng)基上的菌落全細(xì)胞MALDI-TOF譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)中參考譜圖輸出可信鑒定結(jié)果找到匹配度最可信的譜圖現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二17鑒定結(jié)果界面樣品名稱鑒定結(jié)果置信度MS數(shù)據(jù)日期只需數(shù)秒，全自動(dòng)添加新采集數(shù)據(jù)至鑒定結(jié)果界面！科屬種型數(shù)據(jù)數(shù)量不同顏色代表不同置信水平

深綠:99.9%

淺綠:90-99.9%黃色:85-90%

白色:70-85%低于70%不顯示置信值紅色:提醒復(fù)雜的結(jié)果匹配2種或以上菌種，置信度>99%:鑒定混合菌現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二SARAMIS鑒定混合菌種AmassspectrumofamixedsamplecontainingPseudomonasaeruginosaandAchromobacterxylosoxidansShowspeaksspecific

tobothspecies300040005000600070008000900010000110001200013000Mass/Charge7291.64331.87319.65237.04973.76320.26692.27575.06618.34433.77097.78562.09086.06345.86045.05735.69402.710029.95209.06674.27487.87201.05014.67763.48880.73161.14700.96306.03787.23645.04543.14353.03344.55266.48745.86714.75676.09588.68403.99959.910123.29427.912565.810534.69215.88584.69724.211401.7現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

單核增生性李斯特菌Listeriamonocytogenes(Lm)

兼性厭氧的革蘭氏陽(yáng)性桿菌，自然界分布廣泛，是食源性李斯特病（人畜共患病）的致病原因，低溫仍具有增殖能力對(duì)老年人，嬰兒，孕婦和免疫缺陷者的致死率是

20-30%該菌經(jīng)常存在于速食食品中Ex.About2,500cases/yearinUSA食品安全

TokyoMarineUniversity,ProfKimuraandDr.TakahashiEatablewithoutheatedandcockedorcockedfood,ex.,ham,dailyproduct,salad,smokedfoodetc現(xiàn)有檢測(cè)方法需要2步驟和選擇培養(yǎng)基，耗時(shí)6天現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二Yakult(養(yǎng)樂多)乳酸菌生產(chǎn)質(zhì)量控制品種改良Performance+SARAMIS現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二Classifiedasgenus=>species=>strain“Thickness”ofdatabaseisimportant.From2011Europeansocietyofclinicalmicrobiologyandinfectionsdisease菌種鑒定準(zhǔn)確度現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二11/04/202322SARAMIS：SpectralARchiveAndMicrobial

IdentificationSystem數(shù)據(jù)庫(kù)含有超級(jí)譜圖（SuperSpectra）和參考譜圖（ReferenceSpectra）使用者可以創(chuàng)建和儲(chǔ)存超級(jí)譜圖或參考譜圖軟件包可實(shí)現(xiàn)譜圖的存儲(chǔ)，分析和比較使用者可以做聚類分析，創(chuàng)建系統(tǒng)樹圖用于菌株分型現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二SARAMIS菌種特異峰型合成譜圖包含所有在個(gè)體譜圖中出現(xiàn)頻率大于閥值的所有峰(如：在各譜圖中出現(xiàn)70%的)在超級(jí)譜圖中，所有峰值根據(jù)他們對(duì)所代表的菌種特異性而賦予權(quán)重值具有科、屬特異性的峰值權(quán)重低，這些峰值不支持菌種鑒定具有菌種特異性的峰值權(quán)重則會(huì)加重現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二SARAMIS–比較工具300040005000600070008000900010000110001200013000m/z5263777496388176879299706009481767464086754583398962102194469678837715709788831426260ClusteranalysisofselectedreferenceandsamplemassspectraComparisontomassspectralpatternsofreferencespectrainthedatabase現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二在SARAMIS數(shù)據(jù)庫(kù)中一個(gè)菌種的典型代表包含典型和非典型菌株（基于質(zhì)譜圖譜，基因組學(xué)，表型數(shù)據(jù)）atypicalreferenceisolatesareover-representedinSARAMISphylogeneticdistancephylogeneticdistancefrequencyfrequency自然界菌種多樣性現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二SARAMISSuperSpectraDatabase1.Unambiguousidentificationwith80+%confidenceLIMSSARAMISReferenceSpectraDatabase2.Identification<80%confidenceornoidentificationbySSp:ExaminationofsignificantmatchesandreleaseLIMS

SARAMIS與LIMS系統(tǒng)

現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二CulturefromthestockingricelolCultureinvariousconditionsCollectisolatesfromourlabandotherfacilities(10)MeasureMSspectraandconstructDatabaseApplytouncertainty,whichreducestabilityofidentification

Differenceincolonyinasamemedia2 HWproducttolerance3system Operator12people Culturemediamaximum5kinds Culturelength24,48,72h Culturevender3vendersMax3,240spectra深度透視數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二MicroIDsystemintrucductionVersion1.0SampleTransferofcellstoMALDItargetExportdatatoMicroIDLIMSIdentification/ComparisonAnalysisMatrix現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二自動(dòng)鑒定界面比對(duì)鑒定界面MicroID現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二MALDI-TOFMS微生物鑒定優(yōu)勢(shì)一種對(duì)所有微生物都適用的方法無需預(yù)選測(cè)試與現(xiàn)代分類學(xué)結(jié)果一致高度配合有特殊需求使用者可擴(kuò)展新菌種及其應(yīng)用非常耐用且重復(fù)性高樣品準(zhǔn)備過程非常簡(jiǎn)化可進(jìn)行高通量分析絕佳成本與效益比現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二32AXIMAMALDI:線性&反射

不只是微生物鑒定現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二MALDITOF全面解決方案現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二布魯克各類現(xiàn)代生物質(zhì)譜：離子阱MALDITOF/TOFESI-Q-TOFFTMS現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二高分辨質(zhì)譜儀全方位應(yīng)用

天然產(chǎn)物分析 藥物研究 蛋白質(zhì)組學(xué) 代謝組學(xué) ............現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二micrOTOFQDryGasHeaterOrthogonalAcceleratorGlassCapillaryCollisionGasSupplyHexapole電噴霧離子源去溶劑系統(tǒng)飛行管檢測(cè)器反射鏡離子聚焦系統(tǒng)四級(jí)桿Q碰撞池現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二micrOTOFQDryGasHeaterOrthogonalAcceleratorGlassCapillaryCollisionGasSupplyHexapole電噴霧離子源去溶劑系統(tǒng)飛行管檢測(cè)器反射鏡離子聚焦系統(tǒng)離子漏斗式傳輸四級(jí)桿Q碰撞池現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二布魯克公司獨(dú)家專利設(shè)計(jì)： 離子漏斗式傳輸系統(tǒng)離子流方向>>>離子傳輸率大大提高，從而提高靈敏度。增寬傳輸離子質(zhì)量范圍

離子流方向>>>傳統(tǒng)的錐式離子傳輸現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二micrOTOFQ適用范圍：電噴霧四級(jí)桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀分子式測(cè)定和分子結(jié)構(gòu)鑒定：如：化學(xué)合成產(chǎn)品，配位化合物，天然產(chǎn)物，代謝物，殘留農(nóng)藥等大分子研究如：蛋白質(zhì)/多肽，多糖，多聚物等復(fù)雜混合物分析現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二精確質(zhì)量(<3ppm)micrOTOFQ：獨(dú)特的三維信息MS/MS提供結(jié)構(gòu)信息電噴霧四級(jí)桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀SigmaFit?參數(shù)（同位素峰形匹配）現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二精確質(zhì)量(<3ppm)micrOTOFQ：獨(dú)特的三維信息MS/MS提供結(jié)構(gòu)信息電噴霧四級(jí)桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀SigmaFit?參數(shù)（同位素峰形匹配）現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

C254H383N65O75S6,5735.65

0

2000

4000

6000

Intens.

1146.0

1146.5

1147.0

1147.5

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1150.0

m/z

1

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模擬同位素分布峰形SigmaFit?參數(shù)——同位素峰形的匹配現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

2

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C254H383N65O75S6,5735.65

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Intens.

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模擬同位素分布峰形實(shí)測(cè)同位素分布峰形SigmaFit?參數(shù)——同位素峰形的匹配SigmaFit參數(shù)=0SigmaFit參數(shù)>>0現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二437.0425438.0372439.0397440.03690.00.40.81.2437.0427438.0376439.0400440.03590.00.40.81.2437.0396438.0351439.03750.00.40.81.2436.0398Experimental436.0400C12H22NO10S3436.0367C15H18NO10S2024602460246435436437438439440441442m/zsigma=0.0167sigma=0.0231Intensityx104ABC鑒定化合物的有效工具--SigmaFit

兩種可能元素組成的確定現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二分子量>500Da未知物的元素組成預(yù)測(cè)？現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二人參提取液

（稀釋倍數(shù)1:100;HPLC-microTOFQ）0510152025Time[min]02464x10Intens.BPC499.997-1299.991-AllMS1153.598181154.600531155.601441156.598420.000.250.500.751.001.251.504x10Intens.115411561158m/z現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二當(dāng)設(shè)置誤差范圍<5ppm時(shí)：171個(gè)可能的分子式GenerateMolecularFormula現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二16個(gè)可能的分子式當(dāng)設(shè)置誤差范圍<3ppm

時(shí)：GenerateMolecularFormula現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二C55H93O25用SigmaTM參數(shù)比較同位素峰形匹配，選擇Sigma值最小的分子式，即該化合物的分子式為：GenerateMolecularFormula現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二SigmaTM參數(shù)用于比較同位素峰形匹配1153.601141154.604561155.607421156.61021C55H93O25,1153.601153.595271154.598681155.601701156.60459C62H89O20,1153.5905001000150020002500Intens.050010001500200025001153115411551156115711581159m/