1、数据库及算法的构建思路裴子建2016年1月19日梅里埃梅里埃Vitek MSVitek MS数据库构建的独特概念数据库构建的独特概念基于种群基于菌株以种群代表的种属 可发现种属特异性的特点需要许多参考菌株以个别菌株代表的种属快速构建数据库不需代表典型菌株VITEK MS(IVD)SARAMIS(RUO)市售它牌质谱3质数据库构建思路选择菌株(每个种属10株)不同培养基培养,不同培养时间试验计划收集菌株梅里埃法国科研部梅里埃美国科研部外部菌株ATCCVitek/API Sequencing采集谱图质控明显，稳定数据库1046 菌种13,790以上 分离株(数据库里的菌株)29,873 以上图谱
2、平均每个菌种有18菌株平均每个菌种有40个图谱1,500 菌种9,620分离株(数据库里的菌株)18,808 图谱平均每个菌种有8菌株平均每个菌种有16个图谱VITEK MS IVD56 菌种 25 菌株25 菌种 100 菌株金黄色酿脓葡萄球菌(S aureus):328株大肠埃希氏菌(E coli):475株白念珠菌(C albicans):133株肺炎链球菌(S pneumoniae):306株5VITEK MS IVD 临床数据库与算法Advanced Spectra Classifier6 专家图谱鉴别器专家图谱鉴别器(ASC)分析原理分析原理权重矩阵分析权重矩阵分析 ASC的使用的
3、使用：建立数据库建立数据库 鉴定样本的图谱鉴定样本的图谱 特点：特点：没有图谱比较没有图谱比较 软件里没有内建图谱软件里没有内建图谱,只有分析蛋白矩阵只有分析蛋白矩阵&重量重量 计算时间更快计算时间更快14VITEK MS(IVD)v2.07每一个专家图谱鉴别器包含两个部分每一个专家图谱鉴别器包含两个部分菌种特定权重矩阵菌种特定权重矩阵菌种特定的分析功能菌种特定的分析功能:计算分析样本与权重矩阵的计算分析样本与权重矩阵的 相似百分比相似百分比 专家图谱鉴别器(ASC)8 菌株库建立原理质量区间分布顶峰1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.1298 1299 1300区间1 2 3 4 5
4、6 7 8 9 10 S1 S2 S3S1 S2 S31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 +显示/未显示 9 菌株库权重矩阵发展1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1300S pneumoniae(306 isolates)+-1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1300E coli(475 isolates)+-+1 2 3 4 306 1 2 3 4 475 肺炎链球菌大肠杆菌10S.pneumoniaeS.pneumoniaeS.aureusC.freundiiBin 1Bin 2Bin 3Bin 5Bin 4.Bin 13000+200+4-15-3S pneumon
5、iae 权重矩阵发展=加权每个区间分析:+:高度种属特异性(+15,20.)+:中度种属特异性(+3,+4.)-:缺乏顶峰(-3,-4.)-:缺乏顶峰且出现其他种属重要识别顶峰(-15)肺炎链球菌金黄色葡萄球菌弗劳地枸橼酸盐杆菌肺炎链球菌11Bin 1Bin 2Bin 3Bin 4Bin 5Bin 1300Abiotrophia defectiva00+4+150+4Acinetobacter haemolyticus0-3+40+40Acinetobacter johnsonii0-3000+4Acinetobacter junii00+40-30E.Coli+15-8+3000S.pneu
6、moniae0+200-15+4-3Salmonella group+13-11+40-20 区间矩阵发展 VITEK MS系统的权重矩阵 合适于更新每一种属的更新 专利设计:EP11306609.6(Normalization),EP11306610.4(Binning)12图谱数据分析的流程原始图谱进行中的图谱去除背景干扰顶峰侦测顶峰的列表Kratos pre-processingbMx algorithm套用适合矩阵List of peaks(mass aligned)数据库分类 Escherichia coli (99.9%)鉴定单一选择2313使用权重分析样本图谱原始顶峰1 2 3
7、4 5 6 7 8 9 10.1298 1299 1300区间1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 +Bin 1Bin 2Bin 3Bin 4Bin 5Bin 1300S.pneumo0+200-15+4-3E.Coli+15-8+3000ScoreS.pneumo1 x 01 x+200 x 00 x-15 1 x+41 x-32.1E.Coli1 x+151 x-80 x+3 0 x 01 x 01 x 0-0.6记录顶峰有无计算权重分数14运用权重矩阵执行样本分析Bin 1Bin 2Bin 3Bin 4Bin 1300 ScoreProbabilityAbiotrophia defe
8、ctiva00+4+150+4Acinetobacter haemolyticus0-3+40+40Acinetobacter johnsonii0-3000+4Acinetobacter junii00+40-30E.coli+15-8+30Bin 500S.pneumoniae 0+150-15+4-3Salmonella group+13-11+40-201 2 3 4 5 6 7 8 9 10 +-1.2-3.4+1.10.3-0.6+2.10.9XStreptococcus mitis/oralis 缓症链球菌22XStreptococcus pneumoniae 肺炎链球菌212.
9、199.9%17 定义阶段定义阶段将分析结果定义阶段将分析结果依据五个参数执行定义依据五个参数执行定义分数阈值分数阈值(最高分数最高分数*0.7)可能性阈值可能性阈值(必须必须60%)可能性限制可能性限制*(必须必须最高可能性最高可能性x0.7)低鉴别力的最高分数为低鉴别力的最高分数为4Score 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 discri
10、mination=426*eliminates classes with lower score or probability:“too far from the best”18定义范例27删除:分数 60%)删除:可能性限制必须最高可能性(99.9%x0.7)Retained 获取结果2.1 1.1 1.9 删除:分数限制必须 最高分数(2.1)x 0.71928运用权重矩阵分析计算所有种属的权重分析分数转换权重分析至信赖值导出最正确鉴定结果从样本上机后全自动分析 结果的生成结果的生成20 于于Myla软件中显示结果软件中显示结果21 结果简明友好 单一结果,与菌株库单一高级图谱鉴别器吻合
11、低鉴别率,与23个高级图谱鉴别器吻合 无吻合结果显示22权重矩阵的鉴定优势J.Clin.Microbiol.2013,51(7):2225.DOIVitek MS的权重矩阵分析可有效帮助区分,具有相似蛋白图谱的菌种.Vitek MS可有效的帮助区别肺炎链球菌与缓症链球菌,并且这是只用图谱比对的其他质谱厂家所无法分析的.许多文献已证实,特别是在链球菌的区分上Vitek MS具有最好的表现.J.Clin.Microbiol.50:28632867.23 Vitek MS V3 菌株库更新1046 个菌种（包括882个细菌，164个真菌）913 个ASC classes（756个细菌，157个真菌）
12、242个新的细菌，55个新的真菌，包括：38 个分枝杆菌 14 个诺卡菌 55 个霉菌菌类菌类VITEK MS V2VITEK MS V2新菌种新菌种VITEK MS V3VITEK MS V3细菌645242882真菌11055164总数总数755755297297104610461212篇篇SCISCI文章文章北京协和医院解放军总医院 复旦大学附属中山医院安徽医科大学第一附属医院广东医科大学福田医院中国人民解放军乌鲁木齐总医院南京医科大学第一附属医院南京军区南京总医院南方医科大学珠江医院第四军医科大学西京医院香港玛丽医院25数据库对比分析:29个重要临床病原体VITEK MS数据库独有鼠疫
13、杆菌、炭疽杆菌、霍乱弧菌临床特别关注临床很关注严重传染病谱库无额外收谱库无额外收费费26样品的图谱数据库的图谱完美相配：顶峰没有差距非完美相配：顶峰间有一点差距27Source:ASM 2012 WS-19,June 16 201228 提供单选鉴定结 适合常规临床使用 一个样本提供10个不同鉴定结果 用户要自己选！基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 真空：机械泵+分子涡轮泵 真空：机械泵真空：机械泵+分子涡轮泵分子涡轮泵Sample targetIon opticsLinear detectorLaserMALDI-TOF MALDI:线性工作原理Mix matrix&sample on ta
14、rgetFire laser at matrix/sampleIonize sample(solid to gas phase)Accelerate/extract ionsSeparate ions in analyzerRecord spectrum at detector Time of flight(TOF)mass analyzer(field free)02040608010010000200003000040000m/z+ve modeM+H+ions 分辨率：真空飞行管的长度分辨率：真空飞行管的长度MALDI-TOF MALDI:反射工作原理 分辨率：真空飞行管的长度分辨率：真
15、空飞行管的长度l 离子从同一点出发,经过相同距离l 离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 离子到达检测器的时间与速度成反比要点“发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法”和“发明了对生物大分子的质谱分析法”美国科学家约翰芬恩 日本科学家田中耕一Fenn博士获得了Nobel化学奖，他发明的革命性技术可以使研究者以前所未有的精确度检测和表征如蛋白质这样的生物大分子。该技术被称为电喷雾电离（electrospray ionization）。Kratos Analytical Ltd is registered in England with company number 563161.Registered Offices Wharfside,Trafford Wharf Road,Manchester,M17 1GP,UK.何谓MALDI-TOF？基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱质谱的真空系统由哪两种泵来维持？机械泵和分子涡轮泵决定质谱绝对分辨率的主要因素是？飞行管（真空漂移管）的物理长度梅里埃谱库比对的算法是？权重矩阵分析微生物实验室管理软件能连接哪些产品？质谱仪、鉴定药敏、血培养
