Characterization of selected members of the genera Campylobacter, Arcobacter, Helicobacter and Gallibacterium by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS), with applications in clinical diagnostics

Abstract

Alle in dieser Studie verwendeten Bakterienarten generierten jeweils einzigartige und reproduzierbare Spektren, die zu einer eindeutigen Identifizierung und Differenzierung der Bakterienstämme führten. Eine Referenzdatenbank in der MALDI/Biotyper Software wurde mit Hilfe von Referenzstämmen erstellt, welche dann für die Identifizierung von Feldisolaten verwendet wurde. Die so gewonnenen Ergebnisse wurden mit den Ergebnissen molekulargenetischer Methoden verglichen. Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse für den Einsatz im diagnostischen Labor zu untersuchen, wurden darüber hinaus Bakterienstämme, die unter verschiedenen Wachstums und Lagerbedingungen gehalten wurden, getestet. Neben den beiden wichtigsten thermophilen Campylobacter Arten, Campylobacter jejuni und Campylobacter coli, welche, zusammen mit Arcobacter butzleri und Helicobacter pullorum, als weltweit führende Erreger humaner gastrointestinaler Erkrankungen angesehen werden, wurden auch andere Arten dieser Gattungen mittels MALDI TOF MS untersucht. Darüber hinaus wurden 144 klinische Isolate schnell und korrekt identifiziert. Die relativ junge Gattung Gallibacterium stellt eine phänotypisch sehr heterogene Gruppe der, wodurch sich die Identifizierung und Differenzierung einzelner Spezies oft als sehr problematisch erweist. Daher wurden 66 Referenzstämme mittels MALDI TOF MS analysiert. Von einigen dieser stämme wurden 16S rRNA, rpoB, recN und infB sequenziert. Außerdem war mit der MALDI TOF Methode die korrekte Identifizierung und Zuordnung von klonalen Stämmen zu den jeweiligen Legehennenherden von 184 G. anatis möglich. Dabei konnten klonale Verbindungen von Isolaten innerhalb und zwischen Beständen identifiziert werden. Zusammenfassend wird der Einsatz von MALDI TOF MS im diagnostischen Labor diskutiert.In general, all species used in this study provided unique and reproducible whole cell spectra (fingerprints), contributing to identification and differentiation of the strains. Well characterized reference bacteria were used to generate reference databases in the MALDI Biotyper software, to be used for correct identification of clinical strains. These results were compared to the results obtained by molecular methods. In addition, for reproducibility of results different growth as well as storage conditions were tested which are relevant in a diagnostic laboratory. Besides the most important thermophilic species of Campylobacter genus, Campylobacter jejuni and Campylobacter coli which have important significance as food-borne pathogens, as well as Arcobacter butzleri and Helicobacter pullorum, several other members of these genera were investigated. In addition, 144 clinical isolates were identified correctly within a short period of time. The recently established genus Gallibacterium represents a phenotypically heterogeneous group, where identification of species belonging to this genus is difficult. Therefore, 66 reference species of Gallibacterium were analysed by MALDI-TOF MS and by sequencing 16S rRNA, rpoB, recN and infB genes of some strains. Moreover, MALDI-TOF MS/Biotyper correctly identified 184 Gallibacterium anatis isolated from different organs from layers. Remarkably, MALDI TOF MS revealed different clonal lineages of G. anatis between different flocks. Altogether, the ability of MALDI TOF MS to be used in diagnostic laboratories is discussed