MALDI-TOF 분석법

MALDI-TOF 분석법

MALDI-TOF의 정의

Matrix Materials(for MALDI-TOF-MS) / 출처 : tci chemicals

 

MALDI는 이온화를 도와주는 Matrix(유기화합물)와 질량분석기를 사용해 합성고분자의 분자량분석이나 Bio관련 커다란 분자(주로 단백질, 탄수화물)의 분자량분석에 있어서 가장 정확한 방법으로 많이 사용되고 있는 기술입니다.
MALDI-TOF는 'Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight'의 약자로
1. UV를 흡수하는 매트릭스(결정화가 가능한 저분자 유기화합물)를 첨가하여 결정화시킨 후,
2. 레이저를 조사하여 이온화시켜 생성된 이온들의 m/z 에 따른 비행시간의 차이로 질량을 분석하는 분석법으로
3. 고분자의 절대 질량을 측정할 수 있어 단백질 등의 생체 고분자 및 합성 고분자, 첨가제 등의 분석에 아주 유용하게 사용될 수 있는 분석법입니다.
 
MALDI-TOF의 검사 방법
 
세균을 동정할 때에는 균집락을 일정량 취하여 금속판의 작은 원 위에 바르고 70% 포름산 1 ~ 1.5 uL를 가하고 말린 뒤 Matrix(Sinapinic acid, α-Cyano-4-hydroxy-cinnamic acid , 2,5-Dihydroxybenzoic acid (DHB) 등) 1.5 uL를 가하여 샘플을 준비시킨다.  분석은 몇 초만에 가능하며 Laser로 해당 부위를 조사하면 거의 실시간으로 정확한 세균명을 확인할 수 있다.
 
MALDI-TOF의 검사 원리
 
질량분석기는 물질을 이온화 하는 과정과 질량에 따른 분리과정, 검출과정을 통해 물질의 질량을 알 수 있는데, 주로 m/z (m over 2)라는 mass-to-charge라는 수치로 나오게 된다. MALDI-TOF가 2002년 노벨화 학상을 받은 이유는 물질 자체의 고유한 질량값을 물질의 쪼개짐이 없이 측정하였다는 점이었다.
레이저로 물질을 이온화하는 과정에서 matrix 가 에너지를 받게되면, 측정하고자 하는 물질은 작은 분획으로 쪼개지지 않게 되어 비교적 단순하고 정확한 결과 값을 가진다. MALDI-TOF에서 사용하는 matrix는 측정물질을 결정화하는 시약을 말한다.
TOF는 time-of-ight 라는 말 그대로 이온화된 물질이 날아가는 시간을 측정하는 것으로 질량을 분석하는 부분이다. 분석물질이 직선으로 검출기로 날아가는 linear type을 세균동정에 일반적으로 사용한다. Re erectron type도 있는데 m/z가 같지만 에너지가 다르게 생성된 물질을 동시에 검출기에 도착하도록 전기장을 거는 방식으로, 해상도를 높이고 정확한 질량을 얻을 수 있지만 구조가 더 복잡하다.

MALDI-TOF는 500 Da 부터 300 kDa까지 다양한 크기의 물질분석이 가능하나, 실제 임상미생물학에서 균종동정에는 m/2 2,000-20,000 범위를 분석하게 되고, 이 조건에서는 m/z 20,000 이상의 MALDI-TOF peak는 실제로는 잘 관찰할 수 없다.

세균동정에서는 일반적인 분석범위인 m/z 2,000-20,000에 존재하는 peak 양상을 분석하면 군 동정에 충분하다. 예를 들면 E.coli는 'small' 리보솜인 30S 리보솜의 구성단위인 S1에서 S22, 'large' 리보솜인 50S ribosome의 구성단위인 L1에서 L36이 있는데, 각 구성단위의 양이 많아서 MALDI-TOF에서 주로 검출되는 peak를 구성하게 된다.

이런 단백질은 E. coli 내에서는 일정한 단백질 서열이 보존되어 있으므로 E. coli 라면 공통적으로 보이는 MALDI-TOF peak가 존재한다. 리보솜 외에도 단백질을 folding 하는 역할을 하는 샤프론(chaperone) 단백질이나, 스트레스를 받으면 생성되는 heat shock protein 등도 많이 검출된다. 각 세균은 균종에 따라 공 통적인 peak를 보이며 MALDI-peak 양상을 분석하며 거의 정확한 균 동정이 가능하다.

 
내용 출처 : https://blog.naver.com/hyouncho2/221409511701

말디토프 질량분석기(MALDI-TOF MS) 원리와 미생물검사, 그리고 임상응용

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