Identification and Discrimination of Staphylococcus aureus Causing Mastitis Using Protein Fingerprinting (MALDI-TOF)

No Thumbnail Available

Date

2020

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Saudi Digital Library

Abstract

Mastitis is one of the most serious diseases facing livestock keepers in livestock farms worldwide. Nevertheless, phenotypic and genotypic techniques represent the most straightforward approaches for the detection of Staphylococcus aureus (S. aureus) mastitis; these techniques are arduous, luxurious, and, until now, haven’t been able to differentiate between methicillin‐sensitive S. aureus (MSSA) and methicillin‐resistant S. aureus (MRSA). From this perspective, our investigation is designed to examine the proteomic characteristics of S. aureus isolates recovered from various farm animal species with a history of mastitis throughout a survey carried out from 2019 to 2020 in the Qassim region, Saudi Arabia. The classical phenotypic techniques used for identification of S. aureus were compared to the proteomic identification by MALDI Biotyper. Also, a distinction between MRSA and MSSA via Principle Component Analysis (PCA) and Single-Peak Intensity yielded by MALDI Biotyper were applied. The vulnerability of S. aureus strains against the most common antibiotics used for the treatment of S. aureus mastitis were also evaluated. To achieve these goals, 400 mastitic milk samples from different animal farms (cows, sheep, goats, and dromedary camels) with a high prevalence of S. aureus mastitis were selected conveniently based on the availability of dairy animals. The isolates were firstly submitted to routine microbiological diagnostics, and then the phenotypic identification of S. aureus was made through a catalase test, MASTASAPH Latex test, STAPH ID 32 (API system), and Vitek 2 Compact system. The proteomic identification of S. aureus was done by MALDI Biotyper (MBT). The Kirby Bauer method was accomplished to detect the degree of resistance of S. aureus strains to various types of antimicrobial agents. The findings of thisstudy revealed that out of 400 milk samples, 120 (30%) Staphylococcus isolates were isolated. Forty-eight of these isolates were recovered from cows (40%), 32 (26.6%) from goats, 28 2 (23.3%) from sheep, and 12 (10%) from camels. The morphology of the cultures, and the results of the MASTASAPH Latex test, revealed that out of 120 Staphylococcus isolates, 54 (46%) were identified as coagulase positive Staphylococci (S. aureus) and 66 isolates were recognized as coagulase negative Staphylococci. All S. aureus strains (100%) were identified rapidly and accurately by MALDI-TOF MS with a score value of ≥2.00 as compared to the Staph ID 32 and Vitek 2 Compact system, in which 48 (89%) and 51 (94.47%) were identified as S. aureus, respectively. After analysis of peak intensities created by MBT, we observed that several peaks were identified in MSSA in the mass of 4590 Da,4826 Da, 4863 Da, and 4938 Da but were absent in MRSA. Likewise, distinct peaks were identified in MRSA in the mass of 2636 Da and 3009 Da but were absent in MSSA. The main spectra profiles (MSP) dendrogram produced by MBT demonstrated that the verified S. aureus isolates were closely related to each other and classified into one group with a distance level of ≤400. The results of the antimicrobial resistance of S. aureus revealed a higher degree of resistance (94.4%) against carbenicillin of the β-lactam group, whereas 38.88% and 33.33% of S. aureus isolates were resistant to erythromycin and kanamycin, respectively. In contrast, 94.44% and 81.48% of S. aureus strains were sensitive to clindamycin and gentamycin, respectively. In conclusion, S. aureus bacteria are among the key triggers for mastitis in Saudi Arabia. MALDI-TOF-MS compared to the classical methods is reported to be not only the most rapid and sensitive instrument to identify S. aureus but also able to discriminate between MSSA and MRSA using single peak and computer analyses.

Description

يعتبر التهاب الضرع من أخطر المشاكل المرضية التي تواجه المربين بمزارع الماشية في جميع أنحاء العالم على الرغم من أن تقنيات النمط الظاهري والجيني تمثل الأكثر مقاربة للكشف المكورات العنقودية الذهبية المسببة لالتهاب الضرع. هذه التقنيات مكلفة وشاقة، وحتى الآن غير قادرة على التمييز بين المكورات العنقودية الذهبية الحساسة للميتيسيلين والمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين من هذا المنظور، تم تصميم هذا البحث لفحص الخصائص البروتينية لبكتريا المكورات العنقودية الذهبية المأخوذة من أنواع مختلفة من حيوانات المزرعة التي لها تاريخ مع التهاب الضرع من خلال مسح تم إجراؤه من ۲۰۱۹ إلى ۲۰۲۰ في منطقة القصيم بالمملكة العربية السعودية. تمت مقارنة التقنيات التي تعتمد على النمط الظاهري التقليدية المستخدمة لتعريف المكورات العنقودية الذهبية مع طريقة التعريف البروتيني بواسطة جهاز (MALDI Biotyper). بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تمييز بين المكورات العنقودية الذهبية الحساسة للميثيسيلين والمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين باستخدام تحليل المكون الأساسي (PCA) وشدة الذروة المفردة (Single أيضا تم تقييم حساسية ومقاومة )MALDI) Biotyper( التي ينتجها جهاز )Peak) Intensity سلالات المكورات العنقودية الذهبية تجاه المضادات الحيوية الأكثر شيوعا المستخدمة لعلاج التهاب الضرع من أجل تحقيق هذه الأهداف، تم أخذ ما مجموعة ٤٠٠ عينة حليب من مزارع لديها معدل إصابة عالي بالمكورات العنقودية الذهبية المسببة لالتهاب الضرع من أنواع مختلفة من الحيوانات الأبقار والأغنام والماعز والإبل العربي، بناءً على توافر حيوانات الألبان. أولا تم تقديم البكتريا المعزولة للتشخيص الميكروبيولوجي الروتيني، ثم تم التعرف على النمط الظاهري لبكتريا )MASTASAPH Latex ( و )catalase المكورات العنقودية الذهبية من خلال عمل اختبار ثم تم إجراء التعريف البروتيني )VITEK 2 Compact System( و )API System( و لبكتريا المكورات العنقودية الذهبية بواسطة جهاز (MALDI Biotyper). تم إنجاز طريقة (Kirby Bauer) للكشف عن درجة مقاومة سلالات المكورات العنقودية الذهبية لأنواع مختلفة من مضادات الميكروبات. أظهرت نتائج هذه الدراسة أنه من بين ٤٠٠ عينة حليب، تم عزل ۱۲۰ (۳۰) بكتريا من المكورات العنقودية. تم الحصول على ٤٨ (٤٠) عزلة من هذه البكتريا من الأبقار، ٣٢ (٢٦,٦%) من الماعز، ۲۸ (۲۳,۳) من الضان و ۱۲ (۱۰) من الإبل. وفقا للشكل الظاهري للمستنبتات، وما أظهرت نتائج اختبار (MASTASAPH Latex) فأنه من بين ۱۲۰ عزلة من المكورات العنقودية، تم التعرف على ٥٤ (٤٥%) على أنها مكورات عنقودية إيجابية التخثر وتم التعرف على ٦٦ عزلة على أنها مكورات عنقودية سلبية التخثر. تم التعرف على جميع سلالات المكورات العنقودية الذهبية (۱۰۰) بسرعة وبدقة بواسطة (MALDI Biotyper) بقيمة درجة ( ۲۰۰۰ ) مقارنة مع نظام (32) Staph ID) ونظام ( Vitek 2 Compact) حيث تم تحديد (۸۹) و (٥١ (٩٤,٤٧) على أنها مكورات عنقودية ذهبية ، على التوالي بعد تحليل Peak) (intensities التي أنشأتها (MBT)، لاحظنا أنه تم تحديد العديد من القسم في المكورات العنقودية الذهبية الحساسة للميثيسيلين عند كتلة ٤٥٩٠ دالتون و ٤٨٢٦ دالتون و ٤٨٦٣ دالتون و ٤٩٣٨ دالتون ولكنها كانت غائبة في المكورات العنقودية المقاومة للميثيسيلين. وبالمثل، تم تحديد قمم مميزة في المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين عند كتلة ٢٦٣٦ دالتون و ۲۰۰۹ دالتون ولكنها كانت غائبة في المكورات العنقودية الذهبية الحساسة للميثيسيلين. أظهر مخطط الأطياف الرئيسية (MSP) الذي أنتجته (MBT) أن عزلات المكورات العنقودية الذهبية التي تم التحقق منها كانت مرتبطة ارتباطا وثيقا ببعضها البعض وتم تصنيفها في مجموعة واحدة بمستوى مسافة ٤٠٠. وأظهرت نتائج مقاومة مضادات الميكروبات للمكورات العنقودية الذهبية درجة أعلى المقاومة (٩٤,٤٪) تجاه الكاربينيسيلين لمجموعة بيتا لاكتام بينما ۳۸,۸۸ و ۳۳,۳۳٪ من عزلات المكورات العنقودية الذهبية كانت مقاومة للإريثروميسين والكاناميسين على التوالي في المقابل ٩٤,٤٤ و ٨١,٤٨ من عزلات المكورات العنقودية الذهبية كانت حساسة للكليندامايسين والجنتاميسين على التوالي في الختام، تعد بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية أحد العوامل الرئيسية المسببة لالتهاب الضرع في المملكة العربية السعودية لم يتم الإبلاغ عن (MALDI Biotyper) مقارنة بالطرق الكلاسيكية فقط على أنها الأداة الأكثر سرعة وحساسية لتعريف بكتريا المكورات العنقودية الذهبية ولكنها أيضا قادرة على التمييز بين المكورات العنقودية الذهبية الحساسة للميثيسيلين والمكورات العنقودية المقاومة للميثيسيلين باستخدام single peak) وتحليلات الحاسوب.

Keywords

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By

Copyright owned by the Saudi Digital Library (SDL) © 2025