A multidisciplinary approach to understanding the fundamentals of mass spectrometry for bacterial analysis
From chemotaxonomy to characterization of targeted proteins, Identification of Microorganisms by Mass Spectrometry provides an overview of both well-established and cutting-edge mass spectrometry techniques for identifying microorganisms. A vital tool for microbiologists, health professionals, and analytical chemists, the text is designed to help scientists select the most effective techniques for use in biomedical, biochemical, pharmaceutical, and bioterror defense applications.
Since microbiological applications of mass spectrometry require a basic understanding of both microbiology and analytical chemistry, the editors have incorporated material from both disciplines so that readers from either field will come to understand the necessary principles of the other. Featuring contributions from some of the most recognized experts in both fields, this volume provides specific examples of fundamental methods as well as approaches developed in the last decade, including:
* Metastable atom bombardment pyrolysis mass spectrometry
* Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI)
* MALDI time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) of intact bacteria
* High-resolution Fourier transform mass spectrometry (FTMS)
* Electrospray ionization (ESI) mass spectrometry
Identification of Microorganisms by Mass Spectrometry represents the most comprehensive and up-to-date work on the topic currently available. It is liberally illustrated with figures and tables and covers every aspect of spectrometric identification of microorganisms, including experimental procedures, various means of sample preparation, data analysis, and interpretation of complex mass spectral data.
Preface.
Contributors.
1. Cultural, Serological and Genetic Methods for Identification of Bacteria (John B. Sutherland and Fatemeh Rafii).
1.1 Introduction.
1.2 Identification of bacteria by cultural methods.
1.3 Identification of bacteria by serological methods.
1.4 Identification of bacteria by genetic methods.
1.5 Other methods used for bacterial characterization.
1.6 Conclusions.
1.7 Acknowledgments and Disclaimers.
1.8 References.
2. Mass Spectrometry: Identification and Biodetection, Lessons Learned and Future Developments (Alvin Fox).
2.1 Introduction.
2.1.1 Analysis of Fatty Acid and Sugar Monomers using GC-FID, GC-MS and GC-MS-MS.
2.1.2 2.2 Analysis of PCR products using PCR, PCR-MS and PCR-MS-MS.
2.1.3 Analysis of proteins using MALDI-TOF MS.
2.1.4 Chemical markers for protein-based identification or biodetection.
2.1.5 Conclusions.
2.1.6 References.
3. An Introduction to Maldi TOF MS Analysis of Whole Bacteria (Rohana Liyanage and Jackson O. Lay, Jr.).
3.1. Introduction.
3.2. Mass Spectrometry and Time-of-Flight MS.
3.3. Matrix Assisted Laser Desorption Ionization.
3.4. MALDI/TOF Mass Spectrometry.
3.5. MALDI TOF and Bacterial Identification.
3.6. Conclusions.
3.7. References.
4. The Development of the Block II Chemical Biological Mass Spectrometer (Wayne H. Griest and Stephen A. Lammert.
4.1. Introduction.
4.2. Development History and Design Philosophy.
4.3. Requirements and Specifications.
4.4. Performance Testing.
4.5. Conclusions.
4.6. Acknowledgements.
4.7 References.
5. Method Reproducibility and Spectral Library Assembly for Rapid Bacterial Characterization by Metastable Atom Bombardment Pyrolysis Mass Spectrometry (Jon G. Wilkes, Gary Miertschin, Todd Eschler, Les Hosey, Fatemeh Rafii, Larry Rushing, Dan A. Buzatu, and Michel J. Bertrand).
5.1. Introduction.
5.2. Sample Preparation for Rapid, Reproducible Cell Culture.
5.3. Analytical instrumentation for sensitive detection and spectral reproducibility.
5.4. Spectral library assembly.
5.5. Pattern Recognition Methods for Objectively Classifying Bacteria.
5.6. Conclusions.
5.7. Acknowledgement and Disclaimer.
5.8. References.
6. MALDI TOF Mass Spectrometry of Intact Bacteria (Jackson O. Lay, Jr., and Rohana Liyanage).
6.1. Introduction.
6.2. MALDI MS of Cellular Extracts.
6.3. Taxonomy: From Isolates to Whole Cell MALDI.
6.4 Whole Cell MALDI MS.
6.5 Biology Based Changes in Whole Cell MALDI Spectra.
6.6 Analysis of Mixtures.
6.7 Experimental Approaches.
6.8 Identification of Protein Markers.
6.9 Analysis of Target Proteins.
6.10 Analysis of Clinical Isolates.
6.11 Conclusions.
6.12 References.
7. Development of Spectral Pattern Matching Approaches to Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry for Bacterial Identification (Kristin H. Jarman and Karen L. Wahl).
7.1. Introduction.
7.2. MALDI-MS Signature Library Construction and Identification.
7.3.Future Directions.
7.4. References.
8. Studies of Malaria by Mass Spectrometry (Plamen A. Demirev).
8.1. Introduction.
8.2. Plasmodium in Red Blood Cells.
8.3. Experimental Protocols for LDMS Detection of Malaria.
8.4. Malaria Detection by Laser Desorption Mass Spectrometry.
8.5. MS-Based Proteomics of the Plasmodium Parasite.
8.6. Conclusions.
8.7. Acknowledgements.
8.8. References.
9. Bacterial Strain Differentiation by Mass Spectrometry (Randy J. Arnold, Jonathan A. Karty and James P. Reilly).
9.1. Introduction.
9.2. Analysis of Cellular Proteins by Mass Spectrometry.
9.3. Application of MALDI-TOF to Bacteria Identification.
9.4. Conclusions.
9.5. Acknowledgments.
9.6. References.
10. Bacterial Protein Biomarker Discovery: A Focused Approach to Developing Molecular Based Identification Systems (Tracie L. Williams, Steven R. Monday, and Steven M. Musser).
10.1. Introduction.
10.2. Protein Extraction Methods.
10.3. Mass Spectrometry.
10.4. Automating the Process.
10.5. Collecting and Sequencing Proteins.
10.6. Conclusions.
11. High Throughput Microbial Characterisations Using Electrospray Ionisation Mass Spectrometry and Its Role in Functional Genomics (Seetharaman Vaidyanathan and Royston Goodacre).
11.1. Introduction.
11.2. Microbial characterisations beyond the genomic level: Functional genomics.
11.3. Electrospray (ionization) mass spectrometry (ESMS).
11.4. ESMS of Microbes.
11.5. Direct infusion ESMS of crude cell extracts for high-throughput characterizations - metabolic fingerprinting and footprinting.
11.6. Conclusions.
11.7. Acknowledgements.
11.8. References.
12. Bioinformatics for Flexibility, Reliability and Mixture Analysis of Intact Microorganisms (Catherine Fenselau and Patrick Pribil).
12.1. Introduction.
12.2. Library Matching.
12.3. Machine Learning.
12.4. Bioinformatics.
12.5. Protein Molecular Masses.
12.6. Protein Maps.
12.7 Microsequences from Peptides and Proteins.
12.8 Remaining Challenges.
12.9 Conclusions.
12.10 References.
13. MALDI-FTMS of Whole Cell Bacteria (Jeffrey J. Jones, Michael J. Stump, and Charles L. Wilkins).
13.1. Introduction.
13.2. Fundamentals of MALDI-FTMS.
13.3. Fundmentals of Complex Biological Analysis.
13.4 Whole Cell Characterization Through MALDI-FTMS.
13.5 Recombinant Over-Expressed Proteins Desorbed Directly from Whole Cells.
13.6. Conclusions.
13.7. References.
14. A Review of Antibody Capture and Bacteriophage Amplification in Connection with the Direct Analysis of Whole Cell Bacteria by MALDI-TOF-MS (Kent J. Voorhees and Jon C. Rees).
14.1. Introduction.
14.2. Bacterial Identification.
14.3. Immunocapture of Bacterial Mixtures.
14.4. Bacteriophage Amplification of Bacteria.
14.5. Conclusions.
14.6. References.
15. Discrimination and Identification of Microorganisms by Ppyrolysis Mass Spectrometry: From Burning Ambitions to Cooling Embers - A Historical Perspective (Éadaoin Timmins and Royston Goodacre).
15.1 Introduction to microbial characterisation.
15.2 Principles of PyMS.
15.3 Early developments and investigations (1952 to 1985).
15.4 The mid 1980s and beyond.
15.5 The move from cluster analyses to neural networks.
15.6 Reproducibility of PyMS.
15.7 Acknowledgements.
15.8 References.
Index.
„E-Book“ steht für digitales Buch. Um diese Art von Büchern lesen zu können wird
entweder eine spezielle Software für Computer, Tablets und Smartphones oder ein
E-Book Reader benötigt. Da viele verschiedene Formate (Dateien) für E-Books
existieren, gilt es dabei, einiges zu beachten.
Von uns werden digitale Bücher in
den folgenden Formaten ausgeliefert:
EPUB und PDF, jeweils mit DRM
(Digital Rights Management) oder ohne DRM. Bei den Formaten
PDF und EPUB ohne DRM müssen Sie
lediglich prüfen, ob Ihr E-Book Reader kompatibel
ist. Wenn ein Format mit DRM
genutzt wird, besteht zusätzlich die Notwendigkeit,
dass Sie eine kostenlose
Adobe-ID besitzen. Wenn Sie ein
E-Book, das Adobe® Digital
Editions benötigt herunterladen, erhalten Sie eine ACSM-Datei,
die zu Digital Editions
hinzugefügt und mit Ihrem Account verknüpft werden muss. Einige
E-Book Reader (zum Beispiel
PocketBook Touch) unterstützen auch das direkte Eingeben der
Login-Daten des Adobe Accounts –
somit können diese ACSM-Dateien direkt auf das betreffende
Gerät kopiert werden.
Da E-Books nur für eine begrenzte
Zeit – in der Regel 6 Monate – herunterladbar sind, sollten
Sie stets eine Sicherheitskopie
auf einem Dauerspeicher (Festplatte, USB-Stick oder CD) vorsehen.
Auch ist die Menge der Downloads
auf maximal 5 begrenzt.
WISSENSWERTES ZU E-BOOKS
E-Books sind elektronische Ausgaben von normalen (physischen)
Büchern. Man kann sie auf speziellen Lesegeräten, Smartphones und
Tablet-PCs, z.B. einem iPad oder auch auf ganz normalen PCs lesen.
Eine besondere Form der Lesegeräte sind E-Book Reader. Auf
einem E-Book-Reader können Sie Ihre Lieblingsbücher stets parat haben.
Anstatt herkömmlicher LCD-Displays wird eine sog. E-Ink-Technologie
verwenden, wodurch eine bessere Lesbarkeit erreicht wird, fast wie bei
einem auf Papier gedruckten Buch.
Dabei haben E-Books einige Vorteile gegenüber dem gedruckten Buch:
- E-Books sind jederzeit und an jedem Ort verfügbar.
- E-Books bieten interaktive Möglichkeiten und Funktionen, so kann z.B. die Schriftgröße nach Belieben verändert werden.
- E-Books benötigen sie in der Regel nur wenig Speicherplatz auf Ihrem Gerät.
Sie können also komplette Bibliotheken auf Ihrem
E-Book-Reader anlegen. Aus urheberrechtlichen Gründen ist aber z.B. das
Ausdrucken von E-Books oder Teilen daraus nicht möglich.
E-Books müssen in einem bestimmten Format für die Nutzung auf
den o.g. Geräten vorliegen. Gängige Formate sind EPUB oder PDF. Das
EPUB-Format ist ein internationaler Standard speziell für E-Books,
PDF-Formate werden auch für viele andere PC-Anwendungen genutzt.
Die E-Books werden vorwiegend über das Internet vertrieben.
Um ein E-Book per Download zu beziehen, benötigen Sie eine
Online-Verbindung. Einmal heruntergeladen, können E-Books jederzeit auch
offline gelesen werden.
Häufig stellt sich die Frage, was kosten E-Books im Vergleich
zu gedruckten Büchern? E-Books unterliegen genauso wie gedruckte Bücher
der deutschen Buchpreisbindung. Das bedeutet, dass alle E-Books überall
gleich viel kosten. Durchschnittlich sind E-Books ca. 20% günstiger als
gedruckte Bücher.
HINWEISE FÜR DAS HERUNTERLADEN VON E-BOOKS
Welche Software wird benötigt, um E-Books herunterladen zu können?
Zum Download von E-Books wird die Software Adobe Digital Editions benötigt, die kostenlos heruntergeladen werden kann (http://www.adobe.com/de/products/digital-editions/download.html). Je nach E-Book Reader kann zusätzliche Software notwendig sein, Sie erfahren das aus der Anleitung Ihres Readers.
Was ist eine Adobe-ID?
Für die Installation von Adobe Digital Editions wird eine
Adobe-ID benötigt, um ein Benutzerkonto beim Softwarehersteller Adobe zu
erhalten. Die Adobe-ID ist kostenlos und in wenigen Minuten erstellt.
Durch diese ID ist es möglich, Sicherungskopien zu erstellen oder
E-Books auf Ihren E-Book-Reader bzw. andere Geräte zu kopieren. Außerdem
werden Sie beim Kauf eines DRM-geschützten E-Books (s.u.) immer wieder
zu einer Autorisierung aufgefordert. Ohne eine persönliche Adobe-ID
werden digitale Inhalte dem Gerät und nicht Ihrem persönlichen Konto
zugeordnet. Geräte können auch nachträglich mit einer Adobe-ID
autorisiert werden, dies funktioniert innerhalb von Adobe Digital
Editions unter dem Menüpunkt „Computer autorisieren“. Generell gilt es
zu beachten, separate Computer stets mit derselben ID zu aktivieren, da
Sie ansonsten über verschiedene Konten verfügen, die nachträglich nicht
mehr zusammengeführt werden können.
Können E-Books auch mit dem Adobe Reader oder Adobe Acrobat gelesen werden?
Rein PDF-formatierte E-Books können auch ohne Adobe Digital
Editions (s.o.) gelesen werden, sofern diese nicht DRM-geschützt sind
(s.u.). Zum Öffnen von E-Books im EPUB-Format wird diese Software
benötigt.
Was bedeutet DRM?
Die DRM-Technologie („Digital Rights Management“) gibt
Verlagen die Möglichkeit, urheberrechtliche Inhalte zu schützen bzw.
Rechte für diese Inhalte zu vergeben. Je nach Vorgabe des Verlages
dürfen DRM-geschützte E-Books auf einer bestimmten Anzahl von Geräten
aktiviert werden. Private Sicherheitskopien dürfen erstellt,
EPUB-Formate aber in der Regel nicht ausgedruckt werden. PDF-Formate
können davon abweichende Vorschriften beinhalten.
Mit welchen Betriebssystemen können E-Books heruntergeladen werden?
Adobe Digital Editions (als Voraussetzung um komfortabel alle
Formate von E-Books lesen zu können) ist mit den folgenden
Betriebssystemen kompatibel:
- Windows® ab XP SP3
- Mac OS X 10.6+
Welche Systemanforderungen müssen Computer erfüllen?
Dies kann je nach E-Reader variieren. Bitte prüfen Sie vor
dem Kauf, ob Ihr Computer mit dem von Ihnen ausgewählten E-Reader
kompatibel ist.
Können E-Books auf andere Computer kopiert bzw. weitergegeben werden?
E-Books, die aufgrund von DRM (s.o.) gegen illegale
Vervielfältigung geschützt sind, können nicht weitergegeben werden.
Allerdings können mithilfe der Software Adobe Digital Editions und Ihrer
persönlichen Adobe-ID E-Books auf bis zu sechs PCs oder anderer Geräte
aktiviert werden. Dazu genügt eine kurze Anmeldung.