Massenspektrometrische Untersuchung von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus

Abstract

Staphylococcus aureus ist ein weitverbreiteter Keim und der bedeutendste Verursacher nosokomialer Infektionen. Zur Prävention von MRSA-Ausbrüchen ist ein gutes Diagnostikkonzept erforderlich. Es gibt verschiedene Ansätze (WGS, spa-Typisierung und MALDI-TOF), die sich in Kosten, Schnelligkeit, Sensitivität und Aufwand unterscheiden. Um MALDI-TOF für diesen Zweck einsetzen zu können ist es essenziell, mit dieser Methode unterschiedliche Isolate, möglichst auf Subklonebene voneinander unterscheiden zu können. Diese Arbeit untersucht in einem vorgegeben Versuchskollektiv von S. aureus der klonalen Linie CC5, ob Unterschiede signifikant und reproduzierbar mittels Massenspektrometrie herauszuarbeiten sind. Es erfolgten Messreihen mit biologischen und technischen Replikaten und eine Auswertung der Spektren mittels Clusteranalyse/Visualisierung unter Verwendung der BIONUMERICS Software. Zur Auswertung wurden Kompositspektren der einzelnen Komponentenspektren berechnet. In der Visualisierung mittels t-SNE sowie Ähnlichkeitsmatrix mit BIONUMERICS ließ sich kein Cluster nach spa-Typ oder mec-Klasse abgrenzen. Das Versuchskollektiv wurde in Gruppen unterteilt, die sich in spa-Typ und mec-Klasse unterschieden. Ziel dieser Aufteilung war die Bestimmung signifikanter Peaks als mögliche Biomarker für ähnliche Isolate. So gelang es die Peaks 3445, 6354 und 6890 jeweils +/-5 m/z signifikant in der Gruppe der Isolate mit spa-Typ t002 und mec-Klasse II zu identifizieren. Die Peaks 4345, 6927 und 4307 jeweils +/-5 m/z waren signifikant in der Gruppe der Isolate mit spa-Typ t002 und mec-Klasse IV und können somit als mögliche Biomarker zur Diskrimination herangezogen werden. Eine Einschränkung der Leistungsfähigkeit dieser potentiellen Biomarker ist die geringe Sensitivität bzw. Spezifität. Für spa-Typ t003 konnte der Peak m/z 7568 mit einer Sensitivität von 38,1% und einer Spezifität von 81,3% und der Peak m/z 3178 mit einer Sensitivität von 50% und einer Spezifität von 82,1% als möglicher Biomarker identifiziert werden. Eine signifikante Unterscheidung aller Isolate konnte diese Arbeit nicht zeigen. Aufgrund der hohen Verwandtheit und Ähnlichkeit der Isolate (alle CC5), die in der klinischen Anwendung aber realistisch ist, muss zur Identifikation eine weitere Trennmethode eingesetzt werden. Das Ziel, eine ausreichend genaue Analysemethode zu entwickeln, konnte aus o.g. Gründen nicht realisiert werden. Die im Rahmen der messtechnischen Arbeiten gewonnenen Erkenntnisse über Fehlerquellen und Einflussfaktoren sind jedoch für weitere Schritte zur Definition eines erforderlichen Analysestandards nutzbar. Wesentlich war hierfür die systematische Isolation von Ausreißern unter Anwendung der Kompositspektren, die dem bekannten Nachteil der MALDI-TOF Massenspektrometrie - der begrenzten Reproduzierbarkeit - entgegen wirken. Neue vielversprechende Forschungsansätze kombinieren Spektren des MALDI-TOF mit Methoden des Maschinellen Lernen (Machine Learning). Hierfür wird jedoch eine deutliche größere Datenmenge zum Anlernen und Validieren der Methode benötigt.