RATIONALE: Explorative statistical analysis of mass spectrometry data is still a time-consuming step. We analyzed critical factors for application of principal component analysis (PCA) in mass spectrometry and focused on two whole spectrum based normalization techniques and their application in the analysis of registered peak data and, in comparison, in full spectrum data analysis. We used this technique to identify different metabolic patterns in the bacterial culture of Cronobacter sakazakii, an important foodborne pathogen. METHODS: Two software utilities, the ms-alone, a python-based utility for mass spectrometry data preprocessing and peak extraction, and the multiMS-toolbox, an R software tool for advanced peak registration and detailed explorative statistical analysis, were implemented. The bacterial culture of Cronobacter sakazakii was cultivated on Enterobacter sakazakii Isolation Agar, Blood Agar Base and Tryptone Soya Agar for 24 h and 48 h and applied by the smear method on an Autoflex speed MALDI-TOF mass spectrometer. RESULTS: For three tested cultivation media only two different metabolic patterns of Cronobacter sakazakii were identified using PCA applied on data normalized by two different normalization techniques. Results from matched peak data and subsequent detailed full spectrum analysis identified only two different metabolic patterns - a cultivation on Enterobacter sakazakii Isolation Agar showed significant differences to the cultivation on the other two tested media. The metabolic patterns for all tested cultivation media also proved the dependence on cultivation time. CONCLUSIONS: Both whole spectrum based normalization techniques together with the full spectrum PCA allow identification of important discriminative factors in experiments with several variable condition factors avoiding any problems with improper identification of peaks or emphasis on bellow threshold peak data. The amounts of processed data remain still manageable. Both implemented software utilities are available free of charge from http://uprt.vscht.cz/ms.
- MeSH
- analýza hlavních komponent * MeSH
- bakteriologické techniky MeSH
- časové faktory MeSH
- Cronobacter sakazakii růst a vývoj metabolismus MeSH
- kultivační média MeSH
- software * MeSH
- spektrometrie hmotnostní - ionizace laserem za účasti matrice metody normy statistika a číselné údaje MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
Cíl práce: Účelem této studie bylo detekování biofilmu patogenních mikroorganismů vyskytujících se v potravinářském průmyslu a porovnání jeho tvorby při různých kultivačních podmínkách. Materiál a metody: Ke studii byly zvoleny následující mikroorganismy – Staphylococcus aureus, Listeria innocua, Listeria ivanovii, Cronobacter sakazakii, Cronobacter muyt-jensii, Arcobacter butzleri, Arcobacter cryaerophilus, Campylobacter jejuni a Campylobacter coli. Pro detekci biofilmu vybraných mikroorganismů byla použita Christensenova metoda v mikrotitračních destičkách a metoda kultivace na kuponech z nerezové oceli. Výsledky: U všech sledovaných mikroorganismů byla potvrzena schopnost tvorby biofilmu, a to jak v mikrotitračních destičkách, tak na kuponech z nerezové oceli. Tvorba biofilmu byla ovlivněna jak kultivačním médiem, použitým materiálem a dobou kultivace, tak samotným mikroorganismem. Bylo prokázáno, že různé druhy a kmeny téhož rodu tvoří biofilm rozdílně. Rozdíl byl zjištěn i při porovnání sbírkových kultur a izolátů z prostředí. Některé bakterie tvořily biofilm ve větší míře na povrchu polyetylenových mikrotitračních destiček a na nerezových kuponech pak méně, nebo tomu bylo naopak. Některé patogeny byly schopny zvýšit denzitu planktonních buněk původní suspenze během 72 hodin až o 3 řády a zároveň vytvořit velké množství biofilmu. Závěry: Sledování tvorby biofilmu obávaných patogenů je velice důležité, a to nejen v potravinářském průmyslu. Podle získaných výsledků je zřejmé, že se bakteriální biofilmy formují již po relativně krátkém čase (v našem případě 24 hodin). Vzhledem ke struktuře těchto biofilmů je jejich likvidace velice náročná, je tedy žádoucí předcházet samotnému vzniku biofilmu. Klíčová slova: nerezová ocel – biofilm – patogeny – planktonní buňky – mikrotitrační destička
Objective: Detection of biofilm formation by microbial pathogens relevant to the food industry and comparison of biofilm formation under different conditions of culture. Material and methods: The following microorganisms were selected for the study: Staphylococcus aureus, Listeria innocua, Listeria ivanovii, Cronobacter sakazakii, Cronobacter muytjensii, Arcobacter butzleri, Arcobacter cryaerophilus, Campylobacter jejuni, and Campylobacter coli. To detect biofilm formation the microtiter plate assay, as described by Christensen and culture on stainless steel coupons were used. Results: The biofilm forming capacity was confirmed in all microorganisms tested, both on the microtiter plates and stainless steel coupons. Biofilm formation was influenced by the culture medium, material used, and culture duration as well as by the test microorganism. It was found that different species and strains of the same genus differ in biofilm formation. Differences were also found between the collection strains and isolates from the environment. Some bacteria tended to form biofilm more readily on the surface of the polyethylene microtiter plates and less readily on stainless steel coupons while others appeared to have an opposite tendency. Some pathogens were able to increase the planktonic cell density in the initial suspension even by three orders of magnitude within 72 hours while producing plenty of biofilm. Conclusions: The study of biofilm formation by high risk pathogens is of utmost importance, not only to the food industry. From the obtained results, it is evident that bacterial biofilms form rapidly (within 24 hours in the present study). Due to their architecture, these biofilms are difficult to eradi-cate, and therefore, it is crucial to prevent biofilm formation. Keywords: stainless steel – biofilm – pathogens – planktonic cells – microtiter plate
- Klíčová slova
- planktonní buňky, mikrotitrační destička,
- MeSH
- Arcobacter fyziologie růst a vývoj MeSH
- bakteriální adheze MeSH
- biofilmy * růst a vývoj MeSH
- Campylobacter coli fyziologie růst a vývoj MeSH
- Campylobacter jejuni fyziologie růst a vývoj MeSH
- časové faktory MeSH
- Cronobacter sakazakii fyziologie růst a vývoj MeSH
- Cronobacter fyziologie růst a vývoj MeSH
- kultivační techniky metody statistika a číselné údaje MeSH
- Listeria fyziologie růst a vývoj MeSH
- nerezavějící ocel * MeSH
- potravinářská mikrobiologie * MeSH
- potravinářský průmysl MeSH
- povrchové vlastnosti MeSH
- Staphylococcus aureus fyziologie růst a vývoj MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- srovnávací studie MeSH
RATIONALE: The bacterial genus Cronobacter was established quite recently, in 2008. Therefore, its systematic classification is still in progress as well as the risk assessment of Cronobacter strains. The possibility of rapid identification within the biogroup level has an essential epidemiological significance. We examined the potential of mass spectrometry to accomplish this task on species Cronobacter sakazakii comprising eight different biogroups. METHODS: Members of all Cronobacter sakazakii biogroups were characterized by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) using intact cells. Analyses were performed on a Biflex IV MALDI-TOF mass spectrometer in the range of 2000 to 20 000 Da in linear mode with an accelerated voltage of 19 kV. RESULTS: Optimal conditions for a proper identification of biogroups, such as suitable cultivation media or growth time of bacteria, were investigated. The biomarker patterns characterizing each of the Cronobacter sakazakii biogroups were obtained. The established identification protocol was applied to ten previously non-identified strains and their biogroups were successfully determined. CONCLUSIONS: The presented work is the first report of successful and rapid bacterial biogroup taxonomy classification using MALDI-TOF-MS that could substitute demanding biochemical testing.
- MeSH
- biologické markery analýza chemie MeSH
- Cronobacter sakazakii chemie klasifikace růst a vývoj MeSH
- kultivační média chemie metabolismus MeSH
- reprodukovatelnost výsledků MeSH
- shluková analýza MeSH
- spektrometrie hmotnostní - ionizace laserem za účasti matrice metody MeSH
- techniky typizace bakterií metody MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
This survey informs about the ubiquitous opportunistic pathogen Enterobacter sakazakii. Its main biochemical and physiological characteristics including resistance to desiccation and to heat are presented. The newest results of taxonomy based on detailed analysis of 16S rRNA, which led to renaming the organism as Cronobacter sakazakii, are mentioned. Majority of E. sakazakii outbreaks have been strongly associated with contaminated powdered infant formula (PIF). The E. sakazakii contamination of PIF may be due to introduction of the organism during manufacture or may result from the use of contaminated utensils and poor hygiene in the preparation of PIF. According to an EC directive, all PIFs based on milk powder must be tested for the presence of E. sakazakii.
