Differenzierung der IMS-Spektren von Mykobakterien avium subspec. paratuberculosis (MAP) und E.Coli, Enterobacter, Klebsiella sowie MRSA und MSSA

Einleitung: Die Ionenbeweglichkeitsspektrometrie (IMS) ist eine hoch-sensitive Analysemethode um volatile organische Substanzen (VOCs) in gasförmigen Proben zu detektieren. Ziel dieser in vitro Studie war es zu prüfen, mit welcher Sensitivität und Spezifität eine Unterscheidung unterschiedlicher Bakterien auf der Basis von IMS-Spektren möglich ist.

Methoden: Mittels GC-IMS (STEP-Pockau) wurden der Headspace von Agar (1;3) und bakteriellen Kulturen analysiert. Folgende Bakterienkulturen wurden verglichen: Mykobakterien (2), E.coli (4), Enterobacter (5), Klebsiella (6), MRSA (7) und MSSA (8). Für die Untersuchungen stand ein GC-IMS der Firma STEP zur Verfügung. Das System ist eine Kombination einer Multikapillarsäule mit einem Ionenbeweglichkeitsspektrometer. Mittels einer auf der Clusteranalyse basierenden Software wurden die Peaks aller Messungen ermittelt und miteinander verglichen. Mit einer Leave-One-Out Kreuzvalidierung und Support Vector Machine wurde die Klassifikation durchgeführt.

Ergebnisse: Es konnten insgesamt 339 Cluster identifiziert werden, von denen ca. 40 für eine Differenzierung geeignet erschienen. Beispiel sind in Abb. 1 die Cluster 214 und 28 dargestellt, die jeweils einen fehlenden Peak für MAP (241) oder einen sehr hohen Peak für MAP (28) im Vergleich zu den anderen Bakterien demonstrieren.

Abb. 1

Schlussfolgerung/Ausblick:

Eine Unterscheidung verschiedener Bakterienarten mit 100% Spezifität mittels IMS aus dem Headspace der Kulturen ist sicher möglich. Die große Zahl erkannter Peaks gibt eine Sicherheit, dass es nicht zur Verwechselung verschiedener Spezies kommen kann. Der VOC basierte Nachweis von bakteriellem Wachstum erscheint sicher und kann insbesondere das Infektionsrisiko beim Personal vermindern.