Получена: 06.04.2023 / Принята: 17.08.2023 / Опубликована online: 31.08.2023
УДК 616.9:578.834.1-084-071
DOI 10.53511/PHARMKAZ.2023.90.47.014
А.А. Султанбекова1
1Научно-исследовательский Центр, Медицинский Университет Караганды, г. Караганда, Казахстан
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ВРЕМЯ ПРОЛЕТНОЙ
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ (MALDI-TOF) ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ВИРУСНЫХ
ПАТОГЕНОВ, В ЧАСТНОСТИ КОРОНОВИРУСА.
СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Актуальность. Масс-спектрометрия MALDI–TOF является диагностическим инструментом, который
идентифицирует микроорганизмы с помощью определения массы их молекул. В большинстве лабораторий, на сегодняшний день, эта технология применяется в основном для бактериальной диагностики, однако имеется несколько исследований и в области вирусологии. От различных вирусных заболеваний ежегодно умирают сотни тысяч человек. Диагностика же их затруднена вследствие широкого спектра симптомов вирусных заболеваний, высокой изменчивости, перекрестной реактивности,
сложности жизненного цикла вирусов. Своевременная же идентификация вируса способствует ранней терапии и профилактике, а также разработке противовирусных средств для таргетного применения. Доказательством данного аспекта является возникшая пандемия, объявленная в 2019 году, во
время которой одной из главных задач был выбор метода диагностики COVID-19. Проведенные исследования во всем мире продемонстрировали эффективность применения метода матричной лазерной десорбции / ионизационной масс-спектрометрии и анализа машинного обучения для обнаружения SARS-CoV-2. Внедрение этой технологии в рутинную работу лабораторий благотворно повлияет
на решение вопросов клинической вирусологии, а потенциал технологии – на открытие мутаций и вариантов вирусов, что вызовет интерес к научным исследованиям.
Цель. Провести анализ литературы по вопросу использования MALDI-TOF масс-спектрометрии для
детекции вирусных патогенов, в том числе SARS-CoV-2.
Материалы и методы. Был проведен анализ полнотекстовых публикаций на английском языке за период 2012-2022 гг. в базах данных MEDLINE и SCOPUS. Запрашивались следующие ключевые слова
и их комбинации: масс-спектрометрия, вирусология, SARS-CoV-2, MALDI-TOF, COVID-19, MALDI-TOF
MS AND virology AND SARS-CoV-2. Было отобрано 57 статей, из которых 24 включены в исследование. Статьи, описывающие применение метода масс-спектрометрии на вирусах животных, насекомых,
а также описывающие технологии отличные от MALDI-TOF MS, были исключены.
Результаты и выводы. Исходя из результатов изученной литературы, использование масс-спектрометрии возможно в рутинной работе вирусологических лабораторий, однако в настоящее время затруднение вызывают отсутствие единого протокола исследования и общепризнанной базы данных вирусов.
Ключевые слова: масс-спектрометрия; вирусология; SARS-CoV-2; MALDI-TOF; COVID-19 и их комбинации MALDI-TOF MS AND virology AND SARS-CoV-2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1 Cobo F. Application of MALDI-TOF Mass Spectrometry in Clinical Virology: A Review. The Open Virology Journal.2013.7.84-90.
doi:10.2174/1874357920130927003
2 van Belkum A, Welker M, Erhard M, Chatellier S. Biomedical mass spectrometry in today’s and tomorrow’s clinical microbiology laboratories. J
ClinMicrobiol.2012.50.1513-7.
3 Баранцевич Е.П., Баранцевич Н.Е. Применение MALDI-TOF масс-спектрометрии в клинической микробиологии. Трансляционная медицина.
2014.3.23-28.
4 Do, T., Guran, R., Adam, V., Zitka, O. Use of MALDI-TOF mass spectrometry for virus identification: A review. Analyst.2022.147(14).3131-3154. doi:10.1039/
d2an00431c
5 Calderaro A., Arcangeletti M., Rodighiero I., Buttrini M., Gorrini C., Motta F., Germini D., Medici M., Chezzi C., Conto F. Matrix-assisted laser desorption/
ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry applied to virusidentification. Scientific Reports.2014. 4:6803. DOI: 10.1038/srep06803
6 Tian L., Wang Y., Xu D., Gao Y., Wend X., Tian Y. The differential diagnostic model for serous peptidomics in HBV carriersestablished by MALDI-TOF-MS
analysis. Clinical Biochemistry.2014.47.56–62. dx.doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2013.10.016
7 Ren Y., Yang L., Li M., Wang J., Yan H., Ma N., Liu W., Wang L., Gao X., Gao P., Li T., Liu D. 4210 Da and 1866 Da polypeptidesas potential biomarkers of
liverdisease progression in hepatitis Bvirus patients. Scientific Reports.2021. 11:16982. doi.org/10.1038/s41598-021-96581-4.
8 Cao Y., He K., Cheng M., Si H., Zhang H., Song W., Li A., Hu C., Wang N. Two Classifiers Based on Serum Peptide Pattern for Predictionof HBV-Induced
Liver Cirrhosis Using MALDI-TOF MS. BioMed Research International.2013.ID 814876. 7. doi.org/10.1155/2013/814876
9 Hernández-Rosas F, Orozco-Hernández E, Maza-Sánchez L, Salgado-García PC, Navarro-Vidal E, León-Bautista MPD. Prevalence and correlation of human
papillomavirus genotypes with clinical factors in cervical samples from Mexican women. ExpBiol Med.2021.246(1).48-56.
10 XushanCai, Qinghua Guan, Yu Huan, Ziyu Liu, Jiehua Qi, Shichao Ge. Development of high-throughputgenotyping method of all 18 HR HPV basedon the
MALDI-TOF MS platform andcompared with the Roche Cobas 4800 HPVassay using clinical specimens. BMC Cancer.2019.19:825.https://doi.org/10.1186/
s12885-019-6036-z
11 Majchrzykiewicz-Koehorst JA, Heikens E, Trip H, Hulst AG, de Jong AL, Viveen MC, et al. Rapid and generic identification of influenza A and other respiratory
viruses with mass spectrometry. J Virol Methods.2015.213.75-83.
12 Rocca M. F., Zintgraff J. C., Dattero M. E., Santos L. S., Ledesma M., Vay C., Prieto M., Benedetti E., Avaro M., Russo M., Nachtigall F. M., Baumeister E. A
combined approach of MALDI-TOF mass spectrometry and multivariate analysis as a potential tool for the detection of SARS-CoV-2 virus in nasopharyngeal
swabs. Journal of Virological Methods.2020.286.1-7. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2020.113991
13 Deulofeu M., García-Cuesta E., Peña-Méndez E. M., Conde J. E., Jiménez-Romero O., Verdú E., Serrando M. T., Salvadó V., Boadas-Vaello P. Detection
of SARS-CoV-2 Infection in Human Nasopharyngeal Samples by Combining MALDI-TOF MS and Artificial Intelligence. Frontiers in Medicine.2021.8.1-12
https://doi.org/10.3389/fmed.2021.661358
14 Tran N. K., Howard T., Walsh R., Pepper J., Loegering J., Phinney B., Salemi M. R., Rashidi H. H. Novel application of automated machine learning with
MALDI‑TOF‑MS for rapid high‑throughput screening of COVID‑19: a proof of concept. Scientific Reports.2021.11.1-10 https://doi.org/10.1038/s41598-021-
87463-w
15 Nachtigall F. M., Pereira A., Trofymchuk O. S., Santos L. S. Detection of SARS-CoV-2 in nasal swabs using MALDI-MS. Nature
Biotechnology.2020.38.1168–1173 https://doi.org/10.1038/s41587-020-0644-7
16 Iles R. K., Zmuidinaite R., Iles J.K., Carnell G., Sampson A., Heeney J. L. Development of a Clinical MALDI-ToF Mass Spectrometry Assay for SARS-CoV-2:
Rational Design and Multi-Disciplinary Team Work. Diagnostics.2020.10.1-15 doi:10.3390/diagnostics10100746
17 Chivte P., LaCasse Z., Seethi V. D. R., Bharti P., Bland J., Kadkol S.S., Gaillard E. R. MALDI-ToF protein profiling as a potential rapid diagnostic platform for
COVID-19. Journal of Mass Spectrometry and Advances in the Clinical Lab. 2021.21.31–41 https://doi.org/10.1016/j.jmsacl.2021.09.001
18 Costa J., Ferreira E.C., Santos C. COVID-19, Chikungunya, Dengue and Zika Diseases: An Analytical Platform Based on MALDI-TOF MS, IR Spectroscopy
and RT-qPCR for Accurate Diagnosis and Accelerate Epidemics Control. Microorganisms.2021.9.1-15 https://doi.org/10.3390/microorganisms9040708
19 Yan L., Yi J., Huang C., Zhang J., Fu S., Li Z., Lyu Q., Xu Y., Wang K., Yang H., Ma Q., Cui X., Qiao L., Sun W., Liao P. Rapid Detection of COVID-19 Using
MALDI-TOF-Based Serum Peptidome Profiling. Analytical Chemistry.2021.93.4782-4787 doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04590
20 Lazari L. C., Ghilardi F.R., Fernandes L. R., Assis D. M., Nicolau J. C., Santiago V. F., Dalçóquio T. F., Angeli C. B, Bertolin A. J., Marinho C. R., Wrenger
C., Durigon E. L., Siciliano R. F., Palmisano G. Prognostic accuracy of MALDI-TOF mass spectrometric analysis of plasma in COVID-19. Life science alliance.
2022.4.1-12 https://doi.org/10.26508/lsa.202000946
21 Yan L., Yi J., Huang C., Zhang J., Fu S., Li Z., Lyu Q., Xu Y., Wang K., Yang H., Ma Q., Cui X., Qiao L., Sun W., Liao P. Rapid Detection of COVID-19 Using
MALDI-TOF-Based Serum Peptidome Profiling. Analytical Chemistry.2021.93.4782-4787 doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04590
22 Gomila R. M., G. Martorell, Fraile-Ribot P. A., Doménech-Sánchez A., Oliver M. A. A., García-Gasalla M., Albertí S. Use of Matrix-Assisted Laser Desorption
Ionization Time of-Flight Mass Spectrometry Analysis of Serum Peptidome to Classify and Predict Coronavirus Disease. Open Forum Infectious Diseases.
2021.8.1-8 DOI: 10.1093/ofid/ofab222
23 Wan Q., Chen M., Zhang Z., Yuan Y., Wang H., Hao Y., Nie W., Wu L., Chen S. Machine Learning of Serum Metabolic Patterns Encodes Asymptomatic
SARS-CoV-2 Infection. Frontiers in Chemistry.2021.9.1-9 doi 10.3389/fchem.2021.746134
24 Buszewski B., Maslak E., Złoch M., Railean-Plugaru V., Kłodzinska E., Pomastowski P. A new approach to identifying pathogens, with particular regard
to viruses, based on capillary electrophoresis and other analytical techniques. Trends in Analytical Chemistry. 2021.139.1-13 https://doi.org/10.1016/j.
trac.2021.116250
25 Velichko N.V., Pinevich A.V. Classification and Identification Tasks in Microbiology: Mass Spectrometric Methods Coming to the Aid. Microbiology. 2019.
88(5).534 – 547. DOI 10.1134/S0026261719050151
26 Natrajan M.S., Rojas A., Waggoner J.J. Beyond Fever and Pain: Diagnostic Methods for Chikungunya Virus. Journal of Clinical Microbiology.2019.57(6).
e00350-19 DOI: https://doi.org/10.1128/jcm.00350-19
27 Al-Sadeq, Dua W.Majdalawieh, Amin F, Mesleh, Areej G.Abdalla, Nasrallah O.M., Gheyath K. Laboratory challenges in the diagnosis of hepatitis E virus.
Journal of Medical Microbiology. 2018.67(4).466 – 480. DOI10.1099/jmm.0.000706
28 Ma R, Li L., Luodan S., Jiazi Z., Meng C., Xinghuo P. Evaluation of the adequacy of measles laboratory diagnostic tests in the era of accelerating measles
elimination in Beijing, China. Vaccine.2019. 37(29).3804 – 380927 DOI10.1016/j.vaccine.2019.05.058
29 Brintz B. J., Howard J. I., Haaland J. B., Platts-Mills A., Greene T., Levine A., Nelson E., Pavia A., Kotloff K., Leung D. Clinical predictors for etiology of acute
diarrhea in children in resource-limited settings. PLoS Neglected Tropical Diseases. 2020. 14. (10).1-14. DOI 10.1371/journal.pntd.0008677
