medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2022-101-5-583-588medlit-2281Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSMALDI-TOF масс-спектрометрический анализ возбудителей паразитарных болезней: современное состояние и перспективыMALDI-TOF mass spectrometric analysis for identification of parasitic disease causes: current status and prospectshttps://orcid.org/0000-0002-5282-3856АслановаМ. М.AslanovaMariya M.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3554-7690РакитинаД. В.RakitinaDarya V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6295-661XМанияТамари РезоевнаManiyaTamari R.

Науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: TManiya@cspmz.ru

Scientific researcher of Microbiology and Parasitology laboratory of the Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks” of the Federal Medical Biological Agency, Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: TManiya@cspmz.ru

tmaniya@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7433-7728АбрамовИ. А.AbramovIvan A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1163-8419СергиевВ. П.SergievVladimir P.noemail@neicon.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCentre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks” of the Federal Medical Biological AgencyRussian FederationФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет)»РоссияI.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)Russian Federation2022070620221015583588Copyright © Асланова М.М., Ракитина Д.В., Мания Т.Р., Абрамов И.А., Сергиев В.П., 20222022Асланова М.М., Ракитина Д.В., Мания Т.Р., Абрамов И.А., Сергиев В.П.Aslanova M.M., Rakitina D.V., Maniya T.R., Abramov I.A., Sergiev V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2281Введение

Введение. Рассматриваются общие вопросы методологии и технологии в лабораторной диагностике паразитарных инфекций: MALDI-ToF MS-анализа (Matrix-Assisted Lazer Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry; матрично-активированная лазерная десорбционно-ионизационная времяпролётная масс-спектрометрия), а также ряд частных вопросов, касающихся актуальности и своевременного применения данной высокоспецифичной технологии в идентификации и типировании возбудителей паразитарных болезней. Важной и практически нерешённой проблемой в паразитологии является качественная, высокоэффективная, высокочувствительная лабораторная диагностики паразитозов.

Цель исследования — анализ и оценка современного состояния и перспектив дальнейшего применения метода MALDI-TOF MS для идентификации и выделения из различных проб/объектов возбудителей паразитарных болезней.

Материалы и методы

Материалы и методы. Данные федеральной статистики об инфекционной и паразитарной заболеваемости, собственные экспериментальные исследования, проанализированные литературные данные зарубежных и российских авторов.

Результаты

Результаты. Устойчивый спад выявляемости случаев паразитарных инвазий связан с отсутствием высокоэффективных и чувствительных методов диагностики.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. В процессе изучения эффективности применения метода MALDI-TOF MS в паразитологических лабораториях (подразделениях) анализировали собственные экспериментальные данные (пробы с искусственным внесением паразитарных патогенов) и проанализированные данные по основным циркулирующим на территории Российской Федерации паразитарным нозологиям за три года (2017–2019 гг.), которые отражены в государственных докладах Роспотребнадзора, что представляет собой достаточно референтную выборку.

Заключение

Заключение. Перспективными представляются исследования по сравнению результатов масс-спектрометрического типирования и традиционных методов диагностики, необходимые для уточнения возможностей метода и определения его места в лабораторной диагностике инфекций, вызываемых паразитарными патогенами.

Участие авторов

Участие авторов: Асланова М.М. — концепция и дизайн исследования, статистическая обработка, написание текста, редактирование; Ракитина Д.В. — концепция и дизайн исследования, статистическая обработка; Абрамов И.А. — сбор и обработка материала; Мания Т.Р. — сбор и обработка материала, статистическая обработка; Сергиев В.П. — концепция и дизайн исследования. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 01.03.2022 / Принята к печати: 12.04.2022 / Опубликована: 31.05.2022

Introduction

Introduction. The general issues of methodology, approaches and technologies in laboratory diagnostics of parasitic infections include MALDI-ToF MS-analysis (Matrix-Assisted Lazer Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry; matrix-activated laser desorption-ionization time-of-Flight mass spectrometry), as well as a number of specific issues related to the relevance and timely application of this highly specific technologies in identification and typing of pathogens of parasitic diseases. An important and practically unsolved problem in parasitology is high-quality, highly effective, highly sensitive laboratory diagnostics of parasitoses.

The object of this study is to analyze and evaluate the current state and perspectives of MALDI-TOF as an instrument of identification of diverse parasites in various samples and objects.

Materials and methods

Materials and methods. Federal statistics data on infectious and parasitic morbidity, own experimental studies, retrospectively analyzed literary data of foreign and Russian authors.

Results

Results. A steady decline in the detection of cases of parasitic invasions is associated with the lack of highly effective and sensitive diagnostic methods.

Limitations

Limitations. In the process of studying the effectiveness of the MALDI-TOF MS method in parasitological laboratories (departments), we analyzed our own experimental data (samples with artificial introduction of parasitic pathogens) and analyzed data on the main parasitic nosologies circulating in the territory of the Russian Federation for three years from 2017–2019, which are reflected in the state reports of of the Federal Service for Supervision in Protection of the Rights of Consumer and Man Wellbeing, which is a fairly reference sample.

Conclusions

Conclusions. Studies comparing the results of mass spectrometric typing and traditional diagnostic methods are promising, which are necessary to clarify the capabilities of the method and determine its place in the laboratory diagnosis of infections caused by parasitic pathogens.

Contribution

Contribution:Aslanova M.M. — research concept and design, statistical processing, text writing, editing. Rakitina D.V. — research concept and design, statistical processing, text writing, editing. Maniya T.R. — collection and processing of material. Abramov I.A. — collection and processing of material, statistical processing. Sergiev V.P. — research concept and design. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: March 1, 2022 / Accepted: April 12, 2022 / Published: May 31, 2022

MALDI масс-спектрометрияMALDI-TOF MS-идентификацияпаразитарный патогенпаразитарные инфекциипробоподготовка образцоввысокоспецифичная диагностикагельминтозы и протозоозыMALDI mass-spectrometryMALDI-TOF-MS identificationparasitic pathogenparasitic infectionsMALDI-TOF sample preparationhighly specific diagnostic testhelmintsprotozoaReferencesГосударственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2018 году». М.; 2019.State report «On the state of sanitary and epidemiological well-being of the population in the Russian Federation in 2018». Moscow; 2019. (in Russian)Асланова М.М., Кузнецова К.Ю., Морозов Е.Н. Эффективная лабораторная диагностика - основа мониторинга паразитарных болезней. Здоровье населения и среда обитания. 2016; (1): 34-7.Aslanova M.M., Kuznetsova K.Yu., Morozov E.N. Effective laboratory testing is a basis of monitoring parasitic diseases. Zdorov’e naseleniya i sreda obitaniya. 2016; (1): 34–7. (in Russian)Сергиев В.П., Успенский А.В., Романенко Н.А., Горохов В.В., Супряга В.Г., Старкова Т.В. и др. Новые и возвращающиеся гельминтозы как потенциальный фактор социально эпидемических осложнений в России. Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 2005; (4): 6-8.Sergiev V.P., Uspenskiy A.V., Romanenko N.A., Gorokhov V.V., Supryaga V.G., Starkova T.V., et al. New and returning helminthiases as a potential factor in social epidemic complications in Russia. Meditsinskaya parazitologiya i parazitarnye bolezni. 2005; (4): 6–8. (in Russian)Сергиев В.П., Малышев Н.А., Дрынов И.Д. Значение паразитарных болезней в патологии человека. Эпидемиология и инфекционные болезни. 1999; (4): 4-6.Sergiev V.P., Malyshev N.A., Drynov I.D. Importance of parasitic diseases in human pathology. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni. 1999; (4): 4–6. (in Russian)Сергиев В.П., Малышев Н.А., Дрынов И.Д. Человек и паразиты: пример сочетанной эволюции. Вестник Российской академии медицинских наук. 2000; (11): 15-7.Sergiev V.P., Malyshev N.A., Drynov I.D. Man and parasites: an example of combined evolution. Vestnik Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2000; (11): 15–7. (in Russian)Дзюба Г.Т., Макшанцева С.Н., Кандюрина В.В. Оценка состояния инфекционной и паразитарной заболеваемости во Владивостоке. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2009; (3): 68-70.Dzyuba G.T., Makshantseva S.N., Kandyurina V.V. Assessment of the state of infectious and parasitic morbidity in Vladivostok. Zdorov’e. Meditsinskaya ekologiya. Nauka. 2009; (3): 68–70. (in Russian)Лабинская А.С., Костюкова Н.Н. Руководство по медицинской микробиологии. Оппортунистические инфекции: клинико-эпидемиологические аспекты. М.: Медицина; 632-3.Labinskaya A.S., Kostyukova N.N. Guide to Medical Microbiology. Opportunistic Infections: Clinical and Epidemiological Aspects [Rukovodstvo po meditsinskoy mikrobiologii. Opportunisticheskie infektsii: kliniko-epidemiologicheskie aspekty]. Moscow: Meditsina; 2013. (in Russian)Романенко Н.А. Новые подходы к профилактике паразитарных болезней человека. Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 1993; (4): 51-4.Romanenko N.A. New approaches to the prevention of human parasitic diseases. Meditsinskaya parazitologiya i parazitarnye bolezni. 1993; (4): 51–4. (in Russian)Кадочникова Г.В., Мерзлова Н.Б., Колесник Н.В. Новые возможности диагностики кишечных гельминтозов у детей. В кн.: Труды III Международной научно-профилактической конференции «Эпидемиология, диагностика, лечение и профилактика паразитарных заболеваний человека». Витебск; 2002: 164-7.Kadochnikova G.V., Merzlova N.B., Kolesnik N.V. New possibilities for diagnosing intestinal helminthiases in children. In: Proceedings of the III International Scientific and Preventive Conference «Epidemiology, Diagnosis, Treatment and Prevention of Human Parasitic Diseases» [Trudy III Mezhdunarodnoy nauchno-profilakticheskoy konferentsii «Epidemiologiya, diagnostika, lechenie i profilaktika parazitarnykh zabolevaniy cheloveka»]. Vitebsk; 2002: 164–7. (in Russian)Bredtmann C.M., Krücken J., Murugaiyan J., Kuzmina T., von Samson-Himmelstjerna G. Nematode species identification-current status, challenges and future perspectives for Cyathostomins. Front. Cell Infect. Microbiol. 2017; 7: 283. https://doi.org/10.3389/fcimb.2017.00283Bredtmann C.M., Krücken J., Murugaiyan J., Kuzmina T., von Samson-Himmelstjerna G. Nematode species identification—current status, challenges and future perspectives for Cyathostomins. Front. Cell Infect. Microbiol. 2017; 7: 283. https://doi.org/10.3389/fcimb.2017.00283Нагорный С.А., Алешукина А.В., Алешукина И.С., Ермакова Л.А., Пшеничная Н.Ю. Перспектива применения протеомного анализа на основе MALDI-TOF MS для дифференциации нематод на примере изучения белковых профилей аскарид и дирофилярий. Паразитология. 2019; 53(2): 136-44. https://doi.org/10.1134/S0031184719020054Nagornyy S.A., Aleshukina A.V., Aleshukina I.S., Ermakova L.A., Pshenichnaya N.Yu. Prospect of the use of proteomic analysis on the base of MALDI-TOF MS for differentiation of nematodes with an example of protein profiles of ascarides and dirofillarians. Parazitologiya. 2019; 53(2): 136–44. https://doi.org/10.1134/S0031184719020054 (in Russian)Нагорный С.А., Алешукина А.В., Алешукина И.С., Ермакова Л.А. Использование метода MALDI-TOF MS для видовой дифференциации нематод (на примере изучения белковых профилей аскаридат и дирофилярий). Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями. 2020; (21): 267-75. https://doi.org/10.31016/978-5-9902341-5-4.2020.21.267-275Nagornyy S.A., Aleshukina A.V., Aleshukina I.S., Ermakova L.A. Use of MALDI-TOF MS method for species differentiation of nematodes (by example of studying protein profiles of ascaridate and dirofilaria). Teoriya i praktika bor’by s parazitarnymi boleznyami. 2020; (21): 267–75. https://doi.org/10.31016/978-5-9902341-5-4.2020.21.267-275 (in Russian)Крыжановская О.А., Лазарева А.В., Пономаренко О.А., Катосова Л.К., Тепаев Р.Ф., Карасева О.В. и др. Масс-спектрометрическая идентификация возбудителей инфекций кровотока: опыт в педиатрической практике. Российский педиатрический журнал. 2014; 17(5): 4-9.Kryzhanovskaya O.A., Lazareva A.V., Ponomarenko O.A., Katosova L.K., Tepaev R.F., Karaseva O.V. Mass spectrometric identification of causative pathogens of bloodstream infections: experience in pediatric practice. Rossiyskiy pediatricheskiy zhurnal. 2014; 17(5): 4–9. (in Russian)Ahmad F., Gopal J., Wu H.F. Rapid and highly sensitive detection of single nematode via direct MALDI Mass Spectrometry. Talanta. 2012; 93: 182-5. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2012.02.009Ahmad F., Gopal J., Wu H.F. Rapid and highly sensitive detection of single nematode via direct MALDI Mass Spectrometry. Talanta. 2012; 93: 182–5. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2012.02.009Avila C.C., Almeida F.G., Palmisano G. Direct identification of trypanosomatids by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry (DIT MALDI-TOF MS). J. Mass Spectrom. 2016; 51(8): 549-57. https://doi.org/10.1002/jms.3763Avila C.C., Almeida F.G., Palmisano G. Direct identification of trypanosomatids by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry (DIT MALDI-TOF MS). J. Mass Spectrom. 2016; 51(8): 549–57. https://doi.org/10.1002/jms.3763Calderaro A., Buttrini M., Sara Montecchini S., Rossi S., Piccolo S., Arcangeletti M.C., et al. MALDI-TOF mass spectrometry applied as new diagnostic tool in parasitology and virology. In: 28th European Congress of Clinical Microbiology and Infectious Diseases. Madrid; 2018.Calderaro A., Buttrini M., Sara Montecchini S., Rossi S., Piccolo S., Arcangeletti M.C., et al. MALDI-TOF mass spectrometry applied as new diagnostic tool in parasitology and virology. In: 28th European Congress of Clinical Microbiology and Infectious Diseases. Madrid; 2018.Calderaro A., Piergianni M., Buttrini M., Montecchini S., Piccolo G., Gorrini C., et al. MALDI-TOF mass spectrometry for the detection and differentiation of Entamoeba histolytica and Entamoeba dispar. PLoS One. 2015; 10(4): e0122448. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122448Calderaro A., Piergianni M., Buttrini M., Montecchini S., Piccolo G., Gorrini C., et al. MALDI-TOF mass spectrometry for the detection and differentiation of Entamoeba histolytica and Entamoeba dispar. PLoS One. 2015; 10(4): e0122448. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122448Calderaro A., Piergianni M., Montecchini S., Buttrini M., Piccolo G., Rossi S., et al. MALDI-TOF mass spectrometry as a potential tool for Trichomonas vaginalis identification. BMC Infect. Dis. 2016; 16: 261. https://doi.org/10.1186/s12879-016-1594-zCalderaro A., Piergianni M., Montecchini S., Buttrini M., Piccolo G., Rossi S., et al. MALDI-TOF mass spectrometry as a potential tool for Trichomonas vaginalis identification. BMC Infect. Dis. 2016; 16: 261. https://doi.org/10.1186/s12879-016-1594-zТелесманич Н.Р., Чайка И.А., Агафонова В.В., Сеина С.О., Чемисова О.С., Гончаренко Е.В. и др. MALDI масс-спектрометрический анализ в типировании и внутривидовой дифференциации холерных вибрионов на основе создания референс-библиотеки протеомных профилей. В кн.: Холера патогенные для человека вибрионы. Материалы Совещания специалистов Роспотребнадзора в г. Ростове-на-Дону. Ростов-на-Дону: Дониздат; 2013: 143-8Telesmanich N.R., Chayka I.A., Agafonova V.V., Seina S.O., Chemisova O.S., Goncharenko E.V., et al. MALDI mass-spectrometric analysis in typing and intraspecific differentiation of V. cholerae based on the creation of a reference library of proteomic profiles. In: Cholera and Pathogens Vibrios for Humans: Proceedings of the Meeting of Rospotrebnadzor Specialists in Rostov-on-Don [Kholera patogennye dlya cheloveka vibriony. Materialy Soveshchaniya spetsialistov Rospotrebnadzora v g. Rostove-na-Donu]. Rostov-na-Donu: Donizdat; 2013: 143–8. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.