Identification des micro-organismes pathogènes par spectrométrie de masse de type MALDI-TOF en microbiologie médicale (2022)

Article

Publié le 15.12.20

Par Emilie Cardot Martin

National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Flickr

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Depuis dix ans environ, l’identification des micro-organismes responsables de maladies infectieuses a été nettement améliorée par l’utilisation de la spectrométrie de masse de type MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight). Cette technique améliore la prise en charge des patients puisque les résultats sont connus environ 24heures avant ceux obtenus par les méthodes biochimiques.

(Video) Service de protéomique et de microbiologie - UMons

Contexte

L’identification des micro-organismes (bactéries, virus, champignons microscopiques et autres parasites eucaryotes) responsables d’infections est le rôle principal des laboratoires de microbiologie médicale. Cette documentation permet de faire le diagnostic d’infection et d’adapter le traitement anti-infectieux en fonction des résistances naturelles et acquises des micro-organismes isolés à partir des prélèvements des malades. Ces dernières années, les laboratoires de biologie médicale vivent une véritable révolution avec l’utilisation de milieux de culture de plus en plus performants (meilleure sensibilité dans la détection des bactéries, mise au point de milieux chromogènes1 et sélectifs permettant d’isoler un micro-organisme recherché), une importante informatisation et automatisation des tâches effectuées (pour la réalisation d’antibiogrammes ou, plus récemment, pour l’ensemencement des prélèvements) ainsi que le développement important des techniques de biologie moléculaire.

Pour l’identification des bactéries, les techniques conventionnelles utilisant les caractéristiques biochimiques des souches (galeries Api ou automates d’identification biochimique) ont été remplacées par la spectrométrie de masse de type MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight; en français, désorption-ionisation laser assistée par matrice). Cette technologie est également déployée dans les laboratoires vétérinaires et certains laboratoires agroalimentaires (recherche et développement, contrôle qualité pour la recherche de pathogènes alimentaires).

Principe de la spectrométrie de masse

La spectrométrie de masse est une technique d’analyse physico-chimique permettant de détecter, d’identifier et de quantifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse. Son principe réside dans la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge (m/z). Le spectromètre de masse se compose d’une chambre d’ionisation, d’un analyseur permettant la séparation des ions et d’un détecteur d’ions. Il existe de nombreux procédés d’ionisation et de séparation choisis en fonction de divers facteurs: volatilité, thermostabilité, capacité d’ionisation, taille, quantité et état physique (gaz, solide, liquide) des molécules à étudier.

Mise au point en 1912, la spectrométrie de masse a d’abord été utilisée pour la séparation de petites molécules avec de nombreuses applications (en chimie organique et inorganique par exemple). En 1975, une étude montre que cette technologie est potentiellement applicable à l’identification des bactéries [1]. Par la suite, l’optimisation de cette technique par réalisation d’une ionisation douce de l’échantillon (MALDI et ionisation par électronébulisation [electrospray en anglais]) a permis l’étude des macromolécules (jusqu’à 100kDa) dont les protéines et a contribué à son essor dans les laboratoires de recherche [2]. Cette découverte a été honorée par le prix Nobel de chimie en 2002. Il a suivi une étape importante de standardisation (conditions expérimentales, conditions de culture) ayant permis d’améliorer la robustesse de la méthode et l’utilisation en routine pour l’identification des micro-organismes2 dans les laboratoires médicaux. Celle-ci est couramment employée dans les laboratoires de biologie médicale depuis une dizaine d’années.

Utilisation de la spectrométrie de masse MALDI-TOF en microbiologie médicale

Les prélèvements des patients sont généralement ensemencés sur divers milieux de culture dans différentes atmosphères (aérobie, anaérobie, 5% CO2) à 35°C pendant un à plusieurs jours.

L’identification MALDI-TOF est réalisée sur les colonies d’intérêt isolées à partir des milieux de culture. La colonie à identifier est prélevée à l’aide d’un cône et déposée sur une plaque en métal ou en plastique (comprenant plusieurs emplacements, appelés spots). Le dépôt, fin et régulier, est ensuite séché.

Une première étape cruciale et indispensable au procédé d’identification est celle de désorption/ionisation douce des protéines de l’échantillon. Cette étape, effectuée à l’aide d’une matrice et d’un laser se nomme MALDI (matrix-assisted laser desorption ionization). Une matrice photosensible (par exemple l’acide α-cyano-4-hydroxycinnamique) est reconstituée dans un mélange composé généralement d’eau, d’un solvant organique (acétonitrile) et d’acide trifluoroacétique. Elle est ensuite déposée sur le spot et va cocristalliser avec l’échantillon sous l’effet de l’évaporation. La plaque est introduite dans le spectromètre où un laser (généralement laser à azote de longueur d’onde 337nm) va exciter les molécules de la matrice photosensible entraînant une ionisation généralement par transfert d’un proton depuis la matrice vers l’échantillon et une désorption (passage en phase gazeuse) de l’échantillon (Figure 1).

La technique d’ionisation MALDI est associée à la technologie TOF (time of flight en anglais ou temps de vol). Dans une zone d’accélération, une impulsion électrique (10 à 30 kiloélectronvolts) par application d’une différence de potentiel accélère les fragments ionisés jusqu’à l’entrée d’un tube de vol. Ceux-ci sont principalement mono-chargés et arrivent en même temps à l’entrée du tube de vol. Ils sont ensuite «lachés» dans le tube de vol dans un vide poussé (évitant les collisions avec l’air) et se déplacent jusqu’au niveau d’un détecteur (multiplicateur d’électrons). Le temps de vol de chaque fragment est déterminé. Plus la masse des fragments ionisés est élevée, plus le temps de vol est long. Le spectre obtenu correspond à un signal exprimé en temps de vol, qui est ensuite usuellement traduit en spectre de masse (m/z) (avec z = 1 dans le cas présent1). L’intensité des pics est proportionnelle au nombre d’ions détectés à un temps donné et donc également à la quantité de fragments protéiques ionisés du dépôt.

Relation fondamentale entre le rapport (m/z) et temps de vol t des analyseurs à TOFlinéaires [3]

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Au début de la phase d’accélération, les ions sont soumis à une différence de potentiel U et acquièrent une énergie correspondant principalement à une énergie potentielle Ep = zeU avec z = nombre de charge d’un ion (z = 1 pour les applications du MALDI-TOF en microbiologie), e = charge élémentaire de l’électron et U = tension totale.

À l’entrée du tube de vol, cette énergie potentielle est convertie en une énergie cinétique selon la relation :

Ec = zeU = ½ mv2

avec m = masse en kg, v = vitesse en m/s.

Le temps de vol t d’un ion dans le tube de vol de longueur Lcorrespond à t = L/v

En remplaçant dans l’expression précédente, on obtient: m/z = (2eU/L2) t2

Ainsi, il est possible de convertir un temps de vol t en rapport masse/charge.

La catégorie de molécules ionisées dépend du type d’ionisation (positive ou négative), de la gamme de mesure de masse et surtout de la matrice utilisée. Par exemple, l’acide α-cyano-4-hydroxycinnamique utilisé dans l’identification des micro-organismes favorise très fortement l’ionisation des peptides et petites protéines bactériens (0,7 à 20kDa). Certains spectromètres MALDI-TOF permettent également de travailler en ionisation négative avec utilisation d’une matrice différente (par exemple acide dihydroxybenzoïque) favorisant fortement l’ionisation et l’étude des lipides bactériens [4].

Dans le cadre de l’identification bactérienne, les protéines étudiées sont principalement des protéines ribosomales mais également d’autres protéines (cold shock proteins par exemple) [5]. Le spectre du micro-organisme d’intérêt est comparé aux spectres de référence d’une base de données selon un algorithme statistique, ce qui permet son identification. Par exemple, la base de données principale Biotyper version 8 (Bruker Daltonics) comprend 7712 spectres de référence de 2665 espèces différentes (bactéries et levures) permettant une identification facile de la quasi-totalité des espèces bactériennes impliquées en pathologie humaine. Le résultat est accompagné d’un score de confiance qui permet aux microbiologistes d’apprécier la fiabilité de l’identification du micro-organisme.

Lorsque l’identification ne donne pas un score satisfaisant ou dans le cas de micro-organismes ayant une paroi épaisse (par exemple pour les champignons microscopiques, qui ont une paroi composée de chitine et glucanes1), il peut être nécessaire de réaliser une extraction protéique soit directement sur la plaque MALDI-TOF ou en milieu liquide par mise en contact du micro-organisme à identifier avec, par exemple, de l’acide formique ou un mélange acide formique/acétonitrile entraînant une meilleure libération des protéines cellulaires.

Les spectres obtenus peuvent varier en fonction des conditions expérimentales et également parfois en fonction des sous-espèces ou des souches étudiées à l’intérieur d’une même espèce. Les conditions expérimentales influant sur la qualité des spectres sont le délai de culture, le milieu de culture utilisé, le type et la qualité du dépôt et/ou de l’extraction protéique et l’appareil MALDI-TOF utilisé [6,7]. L’utilisation de protocoles expérimentaux standardisés et la conception des bases de données de spectres de référence permettent de minimiser l’impact de ces facteurs sur les résultats d’identification. Les bases de données commercialisées sont construites avec des souches de collection et des souches identifiées au préalable par biologie moléculaire (séquençage de l’ADNr 16S et si besoin d’autres cibles : rpoB, sodA, recA). Les spectres de référence sont créés à partir de pics communs et reproductibles obtenus à partir de plusieurs passages des souches dans différentes conditions expérimentales. De plus, plusieurs souches d’une même espèce sont généralement représentées dans les bases de données. Pour une espèce donnée, le nombre de souches présentes dans les bases de données commercialisées dépend généralement de l’intérêt diagnostique que représente cette espèce, de sa diversité intraspécifique et de la disponibilité des différentes souches.

(Video) La démarche d'identification Bactérienne

Avantages

L’intérêt majeur de la spectrométrie de masse est la diminution du temps d’identification des micro-organismes. Ce temps, réduit à moins d'une heure, est beaucoup plus court que celui nécessaire aux techniques biochimiques conventionnelles qui imposaient la croissance des micro-organismes en présence de divers substrats. L'utilisation de la spectrométrie de masse de type MALDI-TOF permet ainsi le rendu des résultats d’identification 24h plus tôt et améliore la prise en charge des malades (modification de l’antibiothérapie, compréhension d’une pathologie infectieuse). Cet apport clinique est notamment démontré dans le rendu des résultats d’hémocultures (mises en culture de prélèvements sanguins en milieu liquide incubé à 35°C). Celles-ci permettent de faire le diagnostic de bactériémie ou fongémie (présence de bactéries ou levures/champignons dans le sang, normalement stérile) à l’origine de sepsis ou de choc septique1, pathologies grevées d’une mortalité élevée [8]. La gravité clinique impose donc une prise en charge urgente des hémocultures. Lorsque celles-ci sont positives (flacon détecté positif par un automate pour hémocultures), il est possible d’identifier très rapidement la bactérie impliquée par MALDI-TOF et d’y associer des tests rapides de détection de résistance aux antibiotiques, générant une meilleure prise en charge des malades (antibiothérapie plus adaptée, moins d’hospitalisation en soins intensifs, baisse de la mortalité). L’impact clinique des tests rapides (identification, résistance) est généralement plus significatif lorsqu’il est associé à un conseil en antibiothérapie (par un médecin infectiologue par exemple) [9-11].

L’identification par MALDI-TOF présente d’autres avantages: elle ne prend que quelques minutes, est facile à mettre en œuvre et ne nécessite pas une formation longue des techniciens de laboratoire. De nombreux travaux montrent que cette technique présente de très bonnes performances d’identification par rapport aux techniques conventionnelles et permet même d’identifier des germes nécessitant sinon l’utilisation de techniques longues de biologie moléculaire. Par exemple, le MALDI-TOF remplace l’identification longue des mycobactéries habituellement réalisée par séquençage du gène hsp65 ou par des techniques d’hybridation de l’espace intergénique 16S-23S [12-14].

Les rares erreurs ou les absences d’identification sont en général attribuées au caractère incomplet des bases de données. Celles-ci sont cependant de plus en plus exhaustives car mises à jour régulièrement par les fabricants de spectromètres. Il est également possible d’alimenter les bases de données MALDI-TOF avec des spectres pour obtenir des bases de données «maison», ce qui peut présenter un intérêt diagnostique, par exemple pour identifier des pathogènes émergents et/ou non représentés dans la base de données [15,16]. De telles espèces doivent au préalable avoir été identifiées par séquençage de l’ADNr 16S ou d’autres cibles plus pertinentes en fonction de l’espèce bactérienne étudiée [17].

Le spectromètre de masse MALDI-TOF présente un coût d’achat non négligeable (155000 à 170000euros hors taxes) mais cet investissement est finalement rentabilisé par un coût au test faible (15 à 30 centimes d’euros hors taxes par identification) [18].

Ces différents avantages font que la technique a rapidement été adoptée par les laboratoires de microbiologie pour une utilisation en routine.

Le diagnostic mycologique est également amélioré par l’utilisation de la technologie MALDI-TOFqui permet une identification précise des champignons, ce qui est fondamental pour utiliser les antifongiques adaptés. Cette technique supplante ainsi les examens microscopiques et macroscopiques, peu discriminants, ainsi que, dans de nombreux cas, l’identification par séquençage moléculaire, généralement long (séquençage des régions ITS de l’ADN ribosomal par exemple) [19,20]. Récemment, l’utilisation d’un nouveau milieu de culture nommé ID-FUNGI plate facilitant le prélèvement du champignon à partir de la gélose pour dépôt sur le spot de la plaque MALDI a amélioré les résultats d’identification des champignons [21,22].

Limites

Le principal désavantage de la technique est la nécessité d’avoir un inoculum bactérien ou fongique important à déposer sur le spot de la plaque MALDI-TOF. Cette nécessité exclut la réalisation possible d’un MALDI-TOF directement sur le prélèvement clinique à l’exception de certains prélèvements (urine par exemple) pouvant présenter d’emblée une charge bactérienne importante (>105 unités formant colonies/mL) [23]. Dans de nombreux cas, l’étape de mise en culture du prélèvement est donc toujours nécessaire.

Les performances analytiques, globalement satisfaisantes, dépendent toutefois de l’exhaustivité des bases de données qui sont mises à jour régulièrement. De plus, la technique ne différencie pas ou mal certaines espèces phylogénétiquement proches telles que Escherichia coli et Shigella spp, Streptococcus pneumoniae et Streptococcus mitis ou encore Mycobacterium intracellulare et Mycobacterium chimaera. Cependant des améliorations techniques des appareils ainsi que de l’interprétation des spectres pourraient permettre, dans certains cas, une analyse de plus en plus fine [24].

Perspectives

L’amélioration de l’exhaustivité des bases de données par les fabricants de spectromètres est continuelle. L’amélioration des derniers spectromètres disponibles vise également à l’obtention de cadences améliorées, ce qui est intéressant pour les grands laboratoires.

Pour certaines espèces bactériennes, cette technique pourrait permettre du typage de micro-organismes c’est-à-dire la reconnaissance, à l’intérieur d’une même espèce, des clones ayant une pathogénicité importante ou spécifique. Le typage permet également de comparer différents isolats retrouvés en clinique et/ou dans l’environnement dans le cadre d’études épidémiologiques. À ce jour, le typage par spectrométrie de masse MALDI-TOF doit être amélioré (discrimination, reproductibilité) afin de rendre possible une éventuelle utilisation en microbiologie médicale [25,26].

La spectrométrie de masse MALDI-TOF peut permettre également de détecter certaines résistances aux antibiotiques et antifongiques par des approches différentes: mise en évidence de profils de pics caractéristiques de sous-types bactériens résistants, détection de l’hydrolyse enzymatique d’un antibiotique ou détection de la croissance bactérienne en présence/absence d’antibiotique. Le délai de rendu varie entre une heure et quelques heures en fonction des techniques et permet l’obtention de résultats de résistance bien avant l’antibiogramme conventionnel [27-29]. À titre d’exemple, la détection de la dégradation enzymatique d’un antibiotique se réalise en incubant la bactérie à étudier en présence d’un antibiotique puis en observant par MALDI-TOF la disparition ou non du pic correspondant à l’antibiotique et l’apparition du pic correspondant au produit de dégradation de l’antibiotique. Des tests commercialisés utilisant cette approche permettent de détecter la résistance des entérobactéries aux bêta-lactamines (céfotaxime, imipénème) par production de bêta-lactamases. D’autres tests prometteurs sont en cours de développement [4]. À ce jour, les laboratoires utilisent souvent d’autres tests rapides disponibles (biologie moléculaire, méthodes immuno-chromatographiques ou colorimétriques) pour détecter de manière rapide la résistance bactérienne.

Depuis quelques années, la spectrométrie de masse de type MALDI-TOF est donc un outil indispensable pour l’identification des microorganismes dans les laboratoires de microbiologie médicale.

Références

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Crédits

Auteur(s)/Autrice(s)

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Emilie Cardot Martin

Pharmacien microbiologiste au sein du laboratoire de biologie médicale de l'hôpital Foch.

Éditeur(s)/Éditrice(s)

Pascal Combemorel

Professeur agrégé de SVT. Il est le responsable éditorial du site Planet-Vie depuis septembre 2016.

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FAQs

What is MALDI-TOF identification? ›

Identification of microbes by MALDI-TOF MS is done by either comparing the PMF of unknown organism with the PMFs contained in the database, or by matching the masses of biomarkers of unknown organism with the proteome database.

What is MALDI-TOF and how does it work? ›

MALDI-TOF MS is an analytical technique in which particles are ionized, separated according to their mass-to-charge ratio, and measured by determining the time it takes for the ions to travel to a detector at the end of a time-of-flight tube.

What is MALDI-TOF mass spectrometry? ›

MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight) mass spectrometry is a new technology that has revolutionized pathogen identification and has also proven to accelerate detection of antimicrobial resistance compared to the traditional antibiotic susceptibility tests (AST) as well as DNA ...

How many organisms can MALDI-TOF identify? ›

For Gram-negative bacteria evaluation, there are 2263 clinical significant species can be analyzed by MALDI-TOF MS identification.

How long does MALDI-TOF take? ›

[11] estimated a mean time to result for samples identified by MALDI-TOF MS of 6 min, whereas conventional techniques would yield the same identifications in 5–48 h.

How much is a MALDI-TOF? ›

With an approximate $270,000 price tag for the instrument and associated in vitro diagnostics and RUO software databases, the initial financial hurdle may be too high for some laboratories to overcome. Moreover, laboratories must be mindful of the maintenance that is associated with the MALDI-TOF MS.

Is MALDI-TOF accurate? ›

MALDI-TOF MS demonstrated high accuracy for the direct identification of pathogens from urine samples, with a pooled sensitivity of 0.85 and a pooled specificity of 0.93.

What are the advantages of MALDI-TOF? ›

The use of MALDI-TOF MS in the medical lab reduces the time between specimen collection and diagnosis. Also, preexamination processing of organisms for analysis by MALDI-TOF MS is technically simple and reproducible. Another benefit of this technology is accuracy.

Is MALDI hard or soft? ›

MALDI is a soft ionization technique in which a laser energy-absorbing matrix is used to create ions.

How does TOF mass spectrometry work? ›

Time-of-Flight (TOF) is a mass analyser that utilises an electric field to accelerate generated ions through the same electrical potential, and then measures the time each ion takes to reach the detector.

What is a mass spectrometer used for? ›

Typically, mass spectrometers can be used to identify unknown compounds via molecular weight determination, to quantify known compounds, and to determine structure and chemical properties of molecules.

How does mass spectrometry identify bacteria? ›

In this procedure, a single bacterial colony is smeared directly onto a MALDI target position as a thin film, and MALDI matrix solution is laid over the dry bacterial sample. Protein mass patterns can be used for identification of bacteria at the genus, the species and, in some cases, the subspecies level.

Is MALDI-TOF FDA approved? ›

MALDI-TOF MS identification systems received approval from national and international institutions, such as the USA-FDA, and are continuously improved and adopted to other fields like veterinary and industrial microbiology.

How do you analyze MALDI-TOF? ›

During MALDI-TOF analysis, the m/z ratio of an ion is measured by determining the time required for it to travel the length of the flight tube. A few TOF analyzers incorporate an ion mirror at the rear end of the flight tube, which serves to reflect back ions through the flight tube to a detector.

How do you identify anaerobic bacteria? ›

Direct Gram-staining of the specimen is mandatory for anaerobic diagnostics [30]. It can reveal the presumptive involvement of some anaerobic species with characteristic morphology, such as Fusobacterium nucleatum, B. fragilis or C. perfringens [19].

What is the difference between MALDI and ESI? ›

For MALDI, an analyte is embedded into a typically acidic matrix which heavily absorbs UV light. Excited by a short laser pulse, parts of the matrix heat rapidly and are vaporized/ionized together with the analyte. (3) In ESI, an electric field is applied to an analyte solution flowing through a capillary.

Is MALDI-TOF MS a molecular method? ›

Molecular techniques can generate results and positive identifications remarkably quickly; so can Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF) mass spectrometry, which is having a significant impact on clinical microbiology.

What is the principle of MALDI-TOF What is its main use in protein studies? ›

The principle of MALDI

After a very brief laser pulse, the irradiated spot is rapidly heated and becomes vibrationally excited. The matrix molecules energetically ablated from the surface of the sample, absorb the laser energy and carry the analyte molecules into the gas phase as well.

Is MALDI-TOF MS expensive? ›

First, the cost of implementing MALDI-TOF for blood culture review was estimated to be $27,716 for the 3-month interventional period.

Who manufactures MALDI-TOF? ›

The Maldi-Tof Mass Spectrometry is manufactured by Shimadzu Europa GmbH, and is an instrument which produces an MS/MS derived structural detail and results in reliable mass information.

What kind of instrument is TOF? ›

Time of flight (TOF) mass spectrometers are analytical instruments broadly used in life science research in areas such as drug discovery, microbiology, cell biology, and protein biochemistry. The TOF mass analyzer accelerates ionized sample particles as a beam or by relfection toward a detector.

What are the different sample spotting methods for MALDI-TOF MS quizlet? ›

What are the different sample spotting methods for MALDI-TOF MS?
...
  • A gram-negative organism present in the specimen is not present in the database.
  • A mixture of more than one organism is spotted (eg, not a pure culture)
  • Debris or residual protein is present on a reusable template (inadequately cleaned)

Why is TOF preferred over other types of mass spectroscopy? ›

The advantages of time-of-flight mass analyzers compared to quadrupoles are clear. Samples can be measured faster and with no spectral skewing. For the same mass range, a TOF analyzer will measure each ion more sensitively.

What are your options if MALDI-TOF fails to give an ID? ›

8) What are your options if MALDI-TOF fails to give an ID? Repeat the process again. Perform a full extraction of the sample. Re-incubate the plate to get more growth/fresher cultures.

Which mass analyzer is most frequently used with MALDI? ›

Which mass analyzer is most frequently used with MALDI? Explanation: TOF is most commonly used with MALDI. It is best suited for MALDI as it can sort virtually all range of masses. The magnetic sector, Quadrupole, and ion trap are not used frequently with MALDI.

When was MALDI-TOF invented? ›

MALDI-TOF-MS was invented in the 1980s by different groups [5, 6]. Initially intended for peptide/protein analysis, it was predominantly used in proteomic approaches for protein identification and characterization, e.g. in combination with two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis [7, 8].

What are the different sample spotting methods for MALDI-TOF MS? ›

There are three different preparation methods for MALDI-TOF MS: direct sample spotting, on-target extraction and full extraction, according to Popović et al.

Is MALDI destructive? ›

Therefore, MALDI mass spectrometry can also be used for the analysis of biological macromolecules. Compared with the hard ionization methods of early mass spectrometry, soft ionization techniques including ESI and MALDI are less destructive to sample molecules and can retain the integrity of the entire molecule.

What does MALDI stand for? ›

MALDI-TOF stands for Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry, an instrument that allows our microbiologists to quickly identify bacteria based on the organism's protein composition.

What is the purpose of the matrix in Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization MALDI )? ›

The matrix performs two important functions: (1) it absorbs photon energy from the laser beam and transfers it into excitation energy of the solid system, and (2) it serves as a solvent for the analyte, so that the intermolecular forces are reduced and aggregation of the analyte molecules is held to a minimum.

What is TOF SIMS analysis? ›

Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) is a surface-sensitive analytical method that uses a pulsed ion beam (Cs or microfocused Ga) to remove molecules from the very outermost surface of the sample. The particles are removed from atomic monolayers on the surface (secondary ions).

How do you read TOF on Sims? ›

TOF-SIMS spectra are typically displayed as a plot of signal intensity or ion counts on the Y-axis versus m/z on the X-axis. The height of a signal is proportional to the amount of that ion present in the spectrum and the m/z of the ion is basically the mass of that ion (if it is singly charged).

How do you calculate mass TOF? ›

  1. Calculations in TOF Mass Spectrometry. Formula:
  2. KE = ½mv2. v = d/t.
  3. L = 6.022 x 1023. Where:
  4. KE: J. d: m.
  5. m: kg.
  6. t: s. v:
  7. ms-1. Calculating the mass of an ion (in kg)
  8. • Avogadro's constant, L, is the number of ions present in a sample with a mass equal to its. relative isotopic mass in g - Avogadro's constant, L = 6.022 x 1023.

What are the 5 processes of mass spectrometry? ›

In a mass spectrometry experiment, the process sequence of analysis works in five stages, including sample introduction, analyte ionization, mass analysis, ion detection, and data processing.

How much does a spectrometer cost? ›

Cost to Buy Mass Spectrometers

Units can range from under $10,000 to nearly $100,000. If you're working to stay within budget, this one piece of essential equipment can be impossible to purchase.

How much does a gas chromatograph cost? ›

Browse Gas Chromatographs
MinAverage
Weekly Rental Rate$79$318
Monthly Rental Rate$250$937
Purchase Price$12,650$30,717
60/mo Financing Rate$38$409
5 more rows

Why is MALDI-TOF MS particularly important in clinical microbiology quizlet? ›

- MALDI-TOF MS separates and sorts an organism's carbohydrates by mass, generating a profile that provides a fast way to identify an organism grown in culture. - A set of biochemical tests that examine the metabolic capabilities of a microorganism can be used to identify it.

What is the function of a matrix in MALDI MS analysis? ›

In MALDI technology, the matrix has a special effect on the analysis of the sample: dilute the sample to dissociate the clustered macromolecule; protect the sample, the matrix absorbs the laser energy and then transfers it to the sample to avoid direct laser irradiation of the sample and lead to decomposition of the ...

What is the difference between MALDI and ESI? ›

For MALDI, an analyte is embedded into a typically acidic matrix which heavily absorbs UV light. Excited by a short laser pulse, parts of the matrix heat rapidly and are vaporized/ionized together with the analyte. (3) In ESI, an electric field is applied to an analyte solution flowing through a capillary.

Who invented MALDI? ›

The term matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) was coined in 1985 by Franz Hillenkamp, Michael Karas and their colleagues. These researchers found that the amino acid alanine could be ionized more easily if it was mixed with the amino acid tryptophan and irradiated with a pulsed 266 nm laser.

What is MS MS analysis? ›

A tandem mass spectrometry (TANDEM MS), also named as MS/MS, is a two-step technique used to analyze a sample either by using two or more mass spectrometers connected to each other or a single mass spectrometer by several analyzers arranged one after another.

Why is MALDI used for imaging? ›

Because of its ability to perform molecular analyses while retaining morphological information, MALDI Imaging is very well suited to study molecular distribution patterns within a tumor.

Is ESI hard or soft? ›

ESI is a so-called 'soft ionization' technique, since there is very little fragmentation. This can be advantageous in the sense that the molecular ion (or more accurately a pseudo molecular ion) is almost always observed, however very little structural information can be gained from the simple mass spectrum obtained.

What is positive and negative mode in mass spectrometry? ›

In the positive ion mode protonated and/or alkali adduct analyte molecules generally observed in the mass spectra. In the negative ion mode operation peaks corresponding to deprotonated analyte molecules are observed.

How the mass of protein is determined by MALDI-TOF? ›

One of the main uses of MALDI-TOF-MS is in the identification of proteins, by peptide mass fingerprinting (PMF). Here we describe a simple protocol that can be performed in a standard biochemistry laboratory, whereby proteins separated by 1D or 2D gel electrophoresis can be identified at femtomole levels.

What does MALDI stand for? ›

MALDI-TOF stands for Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry, an instrument that allows our microbiologists to quickly identify bacteria based on the organism's protein composition.

What is the principle of MALDI-TOF What is its main use in protein studies? ›

The principle of MALDI

After a very brief laser pulse, the irradiated spot is rapidly heated and becomes vibrationally excited. The matrix molecules energetically ablated from the surface of the sample, absorb the laser energy and carry the analyte molecules into the gas phase as well.

What is LC-MS MS blood test? ›

The mass spectrometry (LC-MS/MS) technique provides a more accurate measurement of the low testosterone levels found in women. Depending on the clinical situation, the interpretation of testosterone levels is based on levels of LH, estradiol, SHBG and sometimes free and bioavailable testosterone.

What does HPLC MS MS stand for? ›

Liquid chromatography–mass spectrometry (LC–MS) is an analytical chemistry technique that combines the physical separation capabilities of liquid chromatography (or HPLC) with the mass analysis capabilities of mass spectrometry (MS).

What is HPLC MS MS method? ›

The HPLC-MS method combines the high separation efficiency of chromatography and high detection sensitivity of MS, which is useful for the simultaneous analysis of multiple dyes [21].

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1. JEUDIS DU BIOTESTING avec Charles RIVER, les clefs du monitoring environnemental
(Cluster Polepharma)
2. mycoses profondes 1
(Maladies infectieuses Algerie)
3. Contrôle de qualité en biologie médicale : microbiologie
(Fondation Mérieux)

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Author: Geoffrey Lueilwitz

Last Updated: 12/11/2022

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