Классические микробиологические методы обнаружения и идентификации микроорганизмов для своего осуществления требуют обычно нескольких дней. Приемы, основанные на распознавании антител или обнаружении ДНК после "умножения" полимерной цепной реакцией, тоже не слишком быстрые — нужно несколько часов. Способы же, базирующиеся на определении элементного состава микроорганизмов [1] либо, в современном варианте, на обнаружении и определении органических биомолекул-маркеров, намного более экспрессны и весьма надежны.
Для такого анализа пригодны разные аналитические методы: капиллярный электрофорез с детектором, основанным на флуоресценции, возбуждаемой лазером (например [2]), электрохимические методы (например [3]) и другие. Однако в последнее время наибольшее внимание уделяется, по-видимому, масс-спектрометрии, особенно в варианте хромато-масс-спектрометрии. Использованию этого метода посвящены книги [4, 5], диссертации [6], обзоры [7], огромное число оригинальных статей.
Применение масс-спектрометрии нацелено на обнаружение биомолекул, специфичных для данного вида микроорганизмов. В качестве таких биомаркеров чаще всего выступают белки или их протеолитические пептиды, получаемые, например, после кислотного гидролиза белков с использованием микроволнового излучения. Тандемные масс-спектры позволяют охарактеризовать микроорганизмы в их смеси. Масс-спектрометрические методы очень чувствительны: для надежного обнаружения и идентификации микроорганизмов бывает достаточно, например, десяти тысяч бактерий. Для идентификации бактерий можно легко приспособить уже разработанные для нужд протеомики методики, базирующиеся на тандемной масс-спектрометрии, хроматографии и биоинформатике (базах данных). Пробоподготовка в данном случае минимальна, обычно не требуется предварительное фракционирование.
Развитие этой методологии сильно стимулировалось военными и антитеррористическими службами: опасность использования биологического оружия всегда существовала. Для этих служб экспрессность обнаружения и идентификации микроорганизмов имеет решающее значение. Вопрос, нужно ли защищаться от биооружия и как именно, желательно решить за минуты. Вопрос, как лечить пораженных, надо выяснить не более чем в течение нескольких часов.
Разумеется, оперативная идентификация микроорганизмов нужна и в медицинской диагностике. Масс-спектрометрическая идентификация микробов и бактерий оказывается весьма полезной также для сельского хозяйства, охраны окружающей среды или для контроля пищевых продуктов.
Помимо белков и пептидов, биомаркерами в ряде случаев могут выступать и низкомолекулярные соединения, как, например, гем в случае малярии. Маркерами могут быть фосфолипиды или метиловые эфиры жирных кислот.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Chemical Methods in Bacterial Systematics. Goodfellow M., Minnikin D.E. (Eds.) London-Toronto: Acad. Press, 1985.
2. Liao Wai-Ching, Ho Ja-an Annie // Analyt. Chem. 2009. V. 81. P. 2470.
3. Vaughan B.A., Cofyer C.L. Abstracts of Pittcon. 2010. № 1380-3.
4. Mass Spectrometry for the Characterisation of Microorganisms. Fenselau C. (Ed.). Washington, DC: Amer. Chem. Soc., 1994.
5. Wilkins Ch.L., Lay Ja.O. (Eds.). Identification of Microorganisms by Mass Spectrometry. New York: Wiley, 2005.350 р.
6. Осипов Г.А. Дис. ... докт. биол. наук. 1996.
7. Demirev Р.А., Fenselau С. // Annual Review of Analytical Chemistry. 2008. V. 1. P. 71.