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  • 發布時間:2021-06-23 17:18 原文鏈接: MALDITOFMS用于診斷SARSCoV2感染

    來自智利塔爾卡的研究者Nachtigall和他的同事開發了基于MALDI-TOF MS(基質輔助激光解析電離飛行時間質譜)診斷SARS-CoV-2感染的方法,并且初步驗證了方法性能,結果顯示該方法的準確度達到93.9%,假陽性率7%,假陰性率5%。


    沒錯,就是普通微生物實驗室常用來鑒定菌種的MALDI-TOF 質譜,實驗室人熟悉且輕松駕馭的一個流程:挑選菌落→涂板→加基質→干燥→上機采集數據→分析結果。基于MALDI-TOF MS鑒定菌種具有顯著的優勢:所需樣本微量、檢測快速、耗材少,通量靈活,結果也較準確。(想復習MALDI-TOF MS工作原理的同學請看文末內容)。


    Nachtigall和他的同事們建立的診斷SARS-CoV-2感染的方法進一步擴大了MALDI-TOF鑒定方法的優勢和潛在應用范圍。該方法(見圖1)試劑需求少,無需樣本純化過程(當然,從細胞中分離病毒本身就很復雜),將保存液中的鼻拭子樣本震蕩混勻后,可將保存液直接涂板,經過電離和質量分析后獲得譜圖,用機器學習(Machine learning, ML)方法進行分析。

    圖1 MALDI-TOF MS結合機器學習檢測SARS-CoV-2的流程

    眾所周知,MALDI-TOF MS方法鑒定菌種依賴于參考數據庫,數據庫里有相應質譜圖時菌種才能被鑒定。而當前并沒有針對SARS-CoV-2的數據庫。對此研究者采用機器學習(Machine learning, ML)方法解決。首先對來自三個國家經RT-PCR檢測的362個鼻拭子樣本(211個陽性,151個陰性)進行MALDI-TOF MS檢測,后分別使用六種機器學習算法對所得譜圖進行分析,對不同的機器學習算法進行評估后,支持向量機-徑向基核函數(support vector machine with a radial kernel, SVM-R)模型具有最高的診斷準確度(93.9%),區分COVID-19患者和陰性對照的靈敏度為94.7%,特異度為92.6%。更加詳細的方法建立過程可復制以下鏈接到瀏覽器查看

    https://www.nature.com/search?q=Detection+of+SARS-CoV-2+in+nasal+swabs+using+MALDI-MS


    針對該方法,來自德克薩斯大學西南醫學中心的研究者Jeffrey等人在最新一期Clinical Chemistry 雜志上也發表了觀點,他們指出,所有樣本的質譜圖僅有一個可重現的信號峰,且峰強度在患者樣本中更低,這提示該方法實際檢測的是宿主應答的譜圖,而不是病毒本身,可以稱之為感染的間接診斷。Jeffrey等人也提出了研究存在的可能問題,1)一些樣本既用于機器學習模型選擇又用于機器學習模型驗證;2)選擇的樣本是由RT-PCR確定的陽性或陰性,并未包含潛在交叉反應病毒或細菌的樣本;3)沒有確定病毒載量的檢測限。所以該方法的臨床應用性能還需要進一步驗證,我們也期待更多相關的研究。


    MALDI-TOF MS簡介



    1)離子源:MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption ionization,基質輔助激光解吸電離),可能的原理是激光照射使得樣品與基質形成共結晶薄膜,基質從激光中吸收大部分能量傳遞給生物分子,基質和分析物發生氣化且質子轉移使得生物分子帶電。

    圖2 基質輔助激光解吸電離(MALDI)的機制

    2)質量分析器:TOF(time-of-flight,飛行時間),原理是,帶電離子在電場作用下加速通過飛行管道,根據到達檢測器的飛行時間不同而被檢測,即離子的M/Z與離子的飛行時間成正比。

    圖3 飛行時間質譜(TOF MS)的原理圖

    參考文獻

    [1] Nachtigall, F.M., Pereira, A., Trofymchuk, O.S. et al. Detection of SARS-CoV-2 in nasal swabs using MALDI-MS. Nat Biotechnol 38, 1168–1173 (2020).

    [2] Iles, R.K.; Zmuidinaite, R.; Iles, J.K.; Carnell, G.; Sampson, A.; Heeney, J.L. Development of a Clinical MALDI-ToF Mass Spectrometry Assay for SARS-CoV-2: Rational Design and Multi-Disciplinary Team Work. Diagnostics 2020, 10, 746.

    [3] Grossegesse, M., Hartkopf, F., Nitsche, A., Schaade, L., Doellinger, J., & Muth, T. (2020). Perspective on Proteomics for Virus Detection in Clinical Samples. Journal of proteome research, 19(11), 4380–4388.


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