Fast and accurate bacterial species identification in biological samples using LC-MS/MS mass spectrometry and machine learning
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT The identification of microbial species in biological samples is essential to many applications in health, food safety and environment. MALDI-TOF MS technology has become a tool of choice for microbial identification but it has several drawbacks including: it requires a long step of bacterial culture prior to analysis (24h), it has a low specificity and is not quantitative. We have developed a new strategy for identifying bacterial species in biological samples using specific LC-MS/MS peptidic signatures. In the first training step, deep proteome coverage of bacteria of interest is obtained in Data Independent Acquisition (DIA) mode, followed by the use of machine learning to define the peptides the most susceptible to distinguish each bacterial species from the others. Then, in the second step, this peptidic signature is monitored in biological samples using targeted proteomics. This method, which allows the bacterial identification from clinical specimens in less than 4h, has been applied to fifteen species representing 84% of all Urinary Tract Infections (UTI). More than 31000 peptides in 200 samples have been quantified by DIA and analyzed by machine learning to determine an 82 peptides signature and build prediction models able to classify the fifteen bacterial species. This peptidic signature was validated for its use in routine conditions using Parallel Reaction Monitoring on a capillary flow chromatography coupled to a Thermo Scientific™ Q Exactive HF-X instrument. Linearity and reproducibility of the method were demonstrated as well as its accuracy on donor specimens. Within 4h and without bacterial culture, our method was able to predict the predominant bacteria infecting a sample in 97% of cases and 100% above the 1×10 5 CFU/mL threshold commonly used by clinical laboratories. This work demonstrates the efficiency of our method for the rapid and specific identification of the bacterial species causing UTI and could be extended in the future to other biological specimens and to bacteria having specific virulence or resistance factors.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».