梅里埃質(zhì)譜建庫規(guī)則

1、數(shù)據(jù)庫及算法的構建思路,裴子建 2016年1月19日,梅里埃Vitek MS數(shù)據(jù)庫構建的獨特概念,基于種群,基于菌株,以種群代表的種屬 可發(fā)現(xiàn)種屬特異性的特點 需要許多參考菌株,以個別菌株代表的種屬 快速構建數(shù)據(jù)庫 不需代表典型菌株,3,質(zhì)數(shù)據(jù)庫構建思路,明顯，穩(wěn)定數(shù)據(jù)庫,1046 菌種 13,790以上 分離株 (數(shù)據(jù)庫里的菌株) 29,873 以上圖譜 平均每個菌種有18菌株 平均每個菌種有40個圖譜,1,500 菌種 9,620分離株 (數(shù)據(jù)庫里的菌株) 18,808 圖譜 平均每個菌種有8菌株 平均每個菌種有16個圖譜,VITEK MS IVD 56 菌種 25 菌株 25 菌種 10

2、0 菌株 金黃色釀膿葡萄球菌 (S aureus) : 328株 大腸埃希氏菌 (E coli) : 475株 白念珠菌 (C albicans) : 133株 肺炎鏈球菌 (S pneumoniae) : 306株,5,VITEK MS IVD 臨床數(shù)據(jù)庫與算法 Advanced Spectra Classifier,6,專家圖譜鑒別器(ASC),分析原理 權重矩陣分析 ASC的使用： 建立數(shù)據(jù)庫 鑒定樣本的圖譜 特點： 沒有圖譜比較 軟件里沒有內(nèi)建圖譜, 只有分析蛋白矩陣&重量 計算時間更快,14,7,每一個專家圖譜鑒別器包含兩個部分 菌種特定權重矩陣 菌種特定的分析功能:計算分析樣本與權

3、重矩陣的 相似百分比,專家圖譜鑒別器(ASC),8,菌株庫建立原理質(zhì)量區(qū)間分布,頂峰,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . 1298 1299 1300,區(qū)間,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ,S1 S2 S3,S1 S2 S3,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,顯示 / 未顯示,9,菌株庫權重矩陣發(fā)展,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1300,S pneumoniae (306 isolates),+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,1 2

4、 3 4 5 6 7 8 9 10 1300,E coli (475 isolates),+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,1 2 3 4 306,1 2 3 4 475,肺炎鏈球菌,大腸桿菌,10,S. pneumoniae,S. pneumoniae,S. aureus,C. freundii,Bin 1,Bin 2,Bin 3,Bin 5,Bin 4,. Bin 1300,0,+20,0,+4,-15,- 3,S pneumoniae,權重矩陣發(fā)展,= 加權每個區(qū)間分析: + : 高度種屬特異性(+15,20. ) + :

5、 中度種屬特異性 (+3, +4.) - : 缺乏頂峰(-3, -4.) - : 缺乏頂峰且出現(xiàn)其他種屬重要識別頂峰 (-15),肺炎鏈球菌,金黃色葡萄球菌,弗勞地枸櫞酸鹽桿菌,肺炎鏈球菌,11,區(qū)間矩陣發(fā)展,VITEK MS系統(tǒng)的權重矩陣 合適于更新每一種屬的更新 專利設計: EP11306609.6 (Normalization), EP11306610.4 (Binning),12,圖譜數(shù)據(jù)分析的流程,原始圖譜,進行中的圖譜,去除背景干擾,頂峰偵測,頂峰的列表,Kratos pre-processing,bMx algorithm,套用適合矩陣,List of peaks (mass a

6、ligned),分類,Escherichia coli (99.9%),鑒定,單一選擇,23,13,使用權重分析樣本圖譜,原始頂峰,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . 1298 1299 1300,區(qū)間,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ,+,+,+,+,+,+,+,+,記錄頂峰有無,計算權重分數(shù),14,運用權重矩陣執(zhí)行樣本分析,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ,+,+,+,+,+,+,+,+,-1.2,-3.4,+1.1,0.3,-0.6,+2.1,0.9,17,定義階段,定義階段將分析結果 依據(jù)五個參數(shù)執(zhí)行定義 分數(shù)閾值( 最高分數(shù)*0.7) 可能性閾值(必

7、須60%) 可能性限制*(必須最高可能性x0.7) 低鑒別力的最高分數(shù)為4 Score tolerance* (must be Highest Value 0.7) Probability threshold (must be 60%) Probability tolerance* (must be Highest Value x 0.7) Maximum number of low discrimination = 4,26,* eliminates classes with lower score or probability: “too far from the best”,18,定義范

8、例,27,2.1,1.1,1.9,19,28,運用權重矩陣分析,計算所有 種屬的權重分析分數(shù),轉換權重分析至信賴值,導出最正確鑒定結果,從樣本上機后全自動分析,結果的生成,20,于Myla軟件中顯示結果,21,結果簡明友好,單一結果, 與菌株庫單一高級圖譜鑒別器吻合 低鑒別率, 與23個高級圖譜鑒別器吻合 無吻合結果顯示,22,權重矩陣的鑒定優(yōu)勢,J. Clin. Microbiol. 2013, 51(7):2225. DOI,Vitek MS的權重矩陣分析可有效幫助區(qū)分,具有相似蛋白圖譜的菌種. Vitek MS可有效的幫助區(qū)別肺炎鏈球菌與緩癥鏈球菌,并且這是只用圖譜比對的其他質(zhì)譜廠家所無

9、法分析的. 許多文獻已證實,特別是在鏈球菌的區(qū)分上Vitek MS具有最好的表現(xiàn).J. Clin. Microbiol. 50:28632867.,23,Vitek MS V3 菌株庫更新,1046 個菌種 （包括882個細菌，164個真菌） 913 個ASC classes （756個細菌，157個真菌） 242個新的細菌 ，55個新的真菌，包括： 38 個分枝桿菌 14 個諾卡菌 55 個霉菌,12篇SCI文章,北京協(xié)和醫(yī)院 解放軍總醫(yī)院 復旦大學附屬中山醫(yī)院 安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院 廣東醫(yī)科大學福田醫(yī)院 中國人民解放軍烏魯木齊總醫(yī)院 南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院 南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 南方醫(yī)

10、科大學珠江醫(yī)院 第四軍醫(yī)科大學西京醫(yī)院 香港瑪麗醫(yī)院,25,譜庫無額外收費,26,樣品的圖譜,數(shù)據(jù)庫的圖譜,完美相配： 頂峰沒有差距,非完美相配： 頂峰間有一點差距,27,Source: ASM 2012 WS-19, June 16 2012,28,提供單選鑒定結 適合常規(guī)臨床使用,一個樣本提供10個不同鑒定結果 用戶要自己選！,基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜,真空：機械泵+分子渦輪泵,真空：機械泵+分子渦輪泵,Sample target,Ion optics,Linear detector,Laser,MALDI-TOF MALDI: 線性工作原理,Mix matrix & sample

11、 on target Fire laser at matrix/sample Ionize sample (solid to gas phase) Accelerate / extract ions Separate ions in analyzer Record spectrum at detector,Time of flight (TOF) mass analyzer (field free),0,20,40,60,80,100,10000,20000,30000,40000,m/z,+ve mode M+H+ ions,分辨率：真空飛行管的長度,MALDI-TOF MALDI: 反射工

12、作原理,分辨率：真空飛行管的長度,離子從同一點出發(fā),經(jīng)過相同距離 離子具有相同的初始能量 由于m/z的不同而具有不同的速度 離子到達檢測器的時間與速度成反比,要點,“發(fā)明了對生物大分子進行確認和結構分析的方法”和“發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法”,美國科學家約翰芬恩 日本科學家田中耕一,Fenn博士獲得了Nobel化學獎，他發(fā)明的革命性技術可以使研究者以前所未有的精確度檢測和表征如蛋白質(zhì)這樣的生物大分子。該技術被稱為電噴霧電離（electrospray ionization）。,Kratos Analytical Ltd is registered in England with company number 563161. Registered Offices Wharfsid