MALDI-TOF mass spectrometry in the 21st century clinical microbiology laboratory

Abstract

MALDI-TOF mass spectrometry has become a reference method for the routine identification of bacterial isolates in clinical microbiology laboratories around the world. Its high specificity, user-friendliness and cost-efficiency, together with its ability to provide reliable results in less than 5 min have favoured its implementation and further development. The amount of microbial species that can be identified by MALDI-TOF routinely has increased in the last few years and now it is possible to reliably identify non-tuberculous mycobacteria or closely-related species of Nocardia spp. Yeasts, both belonging to Candida and non-Candida genera can also be identified by MALDI-TOF, as well as filamentous fungi. In the latter case, both sample preparation methods and the available databases have been important factors in achieving accurate identifications at the species level.

The expertise acquired over time has allowed researchers to identify microorganisms directly from clinical samples, facilitating improved management of infected patients. This expertise has also been applied to the development of a MALDI-TOF-based methodology for the detection of different antimicrobial resistance mechanisms. Therefore, future applications such as bacterial strain typing, or the detection of virulence markers seems feasible to perform with this technology. Furthermore, other emerging mass spectrometry and spectroscopy technologies may assist MALDI-TOF in the near future to carry out important tasks that nowadays are performed by time-consuming and labour-intensive methods.

Resumen

La espectrometría de masas MALDI-TOF se ha convertido en un método de referencia para la identificación de aislados bacterianos en la rutina de los laboratorios de microbiología clínica de todo el mundo. Su elevada especificidad, facilidad de aplicación y coste-eficacia, unido a su capacidad de facilitar resultados fiables en menos de 5 min, han favorecido su implantación y desarrollo. La cantidad de especies microbianas que se pueden identificar mediante MALDI-TOF de forma rutinaria se ha ido incrementando en los últimos años, y actualmente es posible identificar de forma fiable micobacterias no tuberculosas o especies estrechamente relacionadas del género Nocardia. También se pueden identificar especies de levaduras —del género Candida y de otros géneros— y de hongos filamentosos. En este último caso, tanto los métodos de preparación de muestras como las bases de datos disponibles han sido factores importantes para conseguir identificaciones precisas hasta el nivel de especie.

La experiencia adquirida durante todo este tiempo ha permitido a los investigadores identificar microorganismos directamente desde muestras clínicas, lo que facilita el manejo optimizado de pacientes infectados. El conocimiento adquirido se ha aplicado también a desarrollar una metodología basada en MALDI-TOF para detectar diferentes mecanismos de resistencia a antimicrobianos. Este hecho permite creer que en el futuro se podría aplicar esta tecnología para realizar tipado bacteriano o detección de marcadores de virulencia. Además, otras tecnologías emergentes basadas en la espectrometría de masas y espectroscopía podrían, en un futuro cercano, asistir a MALDI-TOF para llevar a cabo tareas importantes que en la actualidad requieren métodos lentos y trabajosos.