Matrix assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) is a very effective method for lipid mass fingerprinting. However, MALDI MS suffered from spectral complexities, differential ionization efficiencies, and poor reproducibility when analyzing complex lipid mixtures without prior separation steps. Here, we aimed to find optimal MALDI sample preparation methods which enable selective or class-wide mass fingerprinting of two totally different lipid classes. In order to achieve this, various matrices with additives were tested against the mixture of phosphatidylcholine (PC) and cerebrosides (Cers) which are abundant in animal brain tissues and also of great interests in disease biology. Our results showed that, from complex lipid mixtures, 2,4,6-trihydroxyacetophenone (THAP) with $NaNO_3$ was a useful MALDI matrix for the class-wide fingerprinting of PC and Cers. In contrast, THAP efficiently generated PC-focused profiles and graphene oxide (GO) with $NaNO_3$ provided Cer-only profiles with reduced spectral complexity.
Kim, Eiseul;Kim, Hyun-Joong;Yang, Seung-Min;Kim, Chang-Gyeom;Choo, Dong-Won;Kim, Hae-Yeong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.4
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pp.548-557
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2019
Staphylococcus species have a ubiquitous habitat in a wide range of foods, thus the ability to identify staphylococci at the species level is critical in the food industry. In this study, we performed rapid identification of Staphylococcus species using Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). MALDI-TOF MS was evaluated for the identification of Staphylococcus reference strains (n = 19) and isolates (n = 96) from various foods with consideration for the impact of sample preparation methods and incubation period. Additionally, the spectra of isolated Staphylococcus strains were analyzed using principal component analysis (PCA) and a main spectra profile (MSP)-based dendrogram. MALDI-TOF MS accurately identified Staphylococcus reference strains and isolated strains: the highest performance was by the EX method (83.3~89.5% accuracy) at species level identification (EDT, 70.3~78.9% accuracy; DT, less than 46.3~63.2% accuracy) of 24-h cultured colonies. Identification results at the genus level were 100% accurate at EDT, EX sample preparation and 24-h incubation time. On the other hand, the DT method showed relatively low identification accuracy in all extraction methods and incubation times. The analyzed spectra and MSP-based dendrogram showed that the isolated Staphylococcus strains were characterized at the species level. The performance analysis of MALDI-TOF MS shows the method has the potential ability to discriminate between Staphylococcus species from foods in Korea. This study provides valuable information that MALDI-TOF MS can be applied to monitor microbial populations and pathogenic bacteria in the food industry thereby contributing to food safety.
For decades, the microorganisms in arctic soils have been newly discovered according to the climate change and global warming. In this study, the chemical structure of a lipid A molecule from Pseudomonas sp. strain PAMC 28615 which was newly discovered from arctic soils was characterized by mass spectrometric approaches such as matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI-TOF) and MALDI multi-stage tandem mass spectrometry (MS). First, lipopolysaccharide (LPS) from Pseudomonas sp. strain PAMC 28615 was extracted and subsequently hydrolyzed to obtain the lipid A. The parent ion peak at m/z 1632 was determined by MALDI-TOF MS, which also can validate our lipid A purification method. For detailed structural determination, we performed the multiple-stage tandem mass analysis ($MS^4$) of the parent ion, and subsequently the abundant fragment ions in each MS stage are tested. The fragment ions in each MS stage were produced from the loss of phosphate groups and fatty acyl groups, which could be used to confirm the composition or the position of the lipid A components. Consequently, the mass spectrometry-based lipid A profiling method could provide the detail chemical structure of lipid A from the Pseudomonas sp. strain PAMC 28615 as an arctic bacterium from the frozen arctic soil.
Na, Chan Hyun;Hong, Ji Hye;Kim, Wan Sup;Shanta, Selina Rahman;Bang, Joo Yong;Park, Dongmin;Kim, Hark Kyun;Kim, Kwang Pyo
Molecules and Cells
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v.38
no.7
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pp.624-629
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2015
Since the emergence of proteomics methods, many proteins specific for renal cell carcinoma (RCC) have been identified. Despite their usefulness for the specific diagnosis of RCC, such proteins do not provide spatial information on the diseased tissue. Therefore, the identification of cancer-specific proteins that include information on their specific location is needed. Recently, matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) based imaging mass spectrometry (IMS) has emerged as a new tool for the analysis of spatial distribution as well as identification of either proteins or small molecules in tissues. In this report, surgical tissue sections of papillary RCC were analyzed using MALDI-IMS. Statistical analysis revealed several discriminative cancer-specific m/z-species between normal and diseased tissues. Among these m/z-species, two particular proteins, S100A11 and ferritin light chain, which are specific for papillary RCC cancer regions, were successfully identified using LC-MS/MS following protein extraction from independent RCC samples. The expressions of S100A11 and ferritin light chain were further validated by immunohistochemistry of human tissues and tissue microarrays (TMAs) of RCC. In conclusion, MALDI-IMS followed by LC-MS/MS analysis in human tissue identified that S100A11 and ferritin light chain are differentially expressed proteins in papillary RCC cancer regions.
In this study, Gram-positive bacilli (GPB) were identified by MALDI-TOF MS and analyzed according to the quaternary and microbial strains in the blood culture medium over a two year period at a university hospital. The results were as follows. The overall positive rate of blood culture was 9.97%. In 713 isolated GPB, 410 strains (57.5%) were identified using a microflex MALDI Biotyper. The positive rate of GPB among the blood culture positive bacteria was 8.2%, and the quarterly isolation rate was 9.8% in the third quarter of 2015, 8.7% in the second quarter of 2016, 8.1% in the third quarter of 2016, 8.1% in the first quarter of 2015, 7.9% in the first quarter of 2015, 7.9% in the second quarter of 2015, 6.8% in the first quarter of 2016, and 6.7% in the fourth quarter of 2015. The isolates were Corynebacterium striatum 89 (12.4%), Bacillus cereus 60 (8.4%), Bacillus subtilis 30 (4.2%), Paenibacillus urinalis 29 (4.1%), and Listeria monocytogenes 25 (3.5%). The results of 16S rRNA sequencing of 43 isolates (86.0%) were consistent with those of the other 50 isolates. Five out of the seven unmatched weeks were not identified by MALDI-TOF MS.
Matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometry is commonly used to analyze biological molecules such as proteins, peptides and lipids from cells or tissue. Recently MALDI Imaging mass spectrometry (IMS) has been widely applied for the identification of different drugs and their metabolites in tissue. This special feature has made MALDI-MS a common choice for investigation of the molecular histology of pathological samples as well as an important alternative to other conventional imaging methods. The basic advantages of MALDI-IMS are its simple technique, rapid acquisition, increased sensitivity and most prominently, its capacity for direct tissue analysis without prior sample preparation. Moreover, with ms/ms analysis, it is possible to acquire structural information of known or unknown analytes directly from tissue sections. In recent years, MALDI-IMS has made enormous advances in the pathological field. Indeed, it is now possible to identify various changes in biological components due to disease states directly on tissue as well as to analyze the effect of treated drugs. In this review, we focus on the advantages of MALDI tissue imaging over traditional methods and highlight some motivating findings that are significant in pathological studies.
The aim of this study was to explore the accuracy and feasibility of matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) in identifying bacteria from environmental sources, as compared with rpoA gene sequencing, and to evaluate the occurrence of bacteria of the genus Enterococcus in wild birds. In addition, a phyloproteomic analysis of certain Enterococcus species with spectral relationships was performed. The enterococci were isolated from 25 species of wild birds in central Europe (Poland). Proteomic (MALDI-TOF MS) and genomic (rpoA gene sequencing) methods were used to identify all the isolates. Using MALDI-TOF MS, all 54 (100%) isolates were identified as Enterococcus spp. Among these, 51 (94.4%) isolates were identified to the species level (log(score) ${\geq}2.0$), and three isolates (5.6%) were identified at a level of probable genus identification (log(score) 1.88-1.927). Phylogenetic analysis based on rpoA sequences confirmed that all enterococci had been correctly identified. Enterococcus faecalis was the most prevalent enterococcal species (50%) and Enterococcus faecium (33.3%) the second most frequent species, followed by Enterococcus hirae (9.3%), Enterococcus durans (3.7%), and Enterococcus casseliflavus (3.7%). The phyloproteomic analysis of the spectral profiles of the isolates showed that MALDI-TOF MS is able to differentiate among similar species of the genus Enterococcus.
Recently, deciduous teeth have been proposed as a promising biomatrix for estimating internal and external chemical exposures of an individual from prenatal periods to early childhood. Therefore, detection of organic chemicals in teeth has received increasing attention. Organic materials in tooth matrix are mostly collagen type proteins, but lipids and other small organic chemicals are also present in the tooth matrix. In this study, matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) was employed to obtain lipid fingerprints from deciduous teeth. Phospholipids and triacylglcerols (TAGs) from deciduous teeth were successfully detected by MALDI MS with 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) or gold nanoparticle (AuNP) as a matrix.
Proteomic analyses of synaptic vesicle fraction from rat brain have been performed for the better understanding of vesicle regulation and signal transmission. Two different approaches were applied to identify proteins in synaptic vesicle fraction. First, the isolated synaptic vesicle proteins were treated with trypsin, and the resulting peptides were analyzed using a high-pressure capillary reversed phase liquid chromatography/tandem mass spectrometry (cRPLC/MS/MS). Alternatively, proteins were separated by two-dimensional gel electrophoresis (2DE) and identified by matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-TOF/MS). Total 18 and 52 proteins were identified from cRPLC/MS-MS and 2DE-MALDI-TOF-MS analysis, respectively. Among them only 2 proteins were identified by both methods. Of the proteins identified, 70% were soluble proteins and 30% were membrane proteins. They were categorized by their functions in vesicle trafficking and biogenesis, energy metabolism, signal transduction, transport and unknown functions. Among them, 27 proteins were not previously reported as synaptic proteins. The cellular functions of unknown proteins were estimated from the analysis of domain structure, expression profile and predicted interaction partners.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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