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Maldi-TOF Hygienemonitoring mittels Maldi-TOF-Massenspektrometrie

Autor / Redakteur: Frank Kugler* / Dr. Ilka Ottleben

Suchen Sie für ihr Hygienemonitoring eine für die Routine geeignete Methode, die schnell und genau ist? Die Maldi-TOF-Massenspektrometrie sagt Ihnen innerhalb weniger Minuten, ob Oberflächen Gefahr durch Verkeimung droht und mit welchem Keim Sie es zu tun haben.

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Abb. 1: Die Maldi-Tof-Methode bietet großes Potenzial bei der Identifizierung von Mikroorganismen.
Abb. 1: Die Maldi-Tof-Methode bietet großes Potenzial bei der Identifizierung von Mikroorganismen.
(Bild: Labor L+S)

Die mikrobiologische Oberflächenkontrolle gehört in der Pharmaproduktion zum Standard und ist durch nationale und internationale Regelwerke und Normen (EU-GMP, USP, ISO, FDA) vorgeschrieben. Eingesetzt werden die herkömmlichen biochemischen oder molekularbiologischen Identifizierungsmethoden und neuerdings auch die Maldi-TOF-Massenspektrometrie, eine automatisierte Methode, die viele Vorteile aufweist:

  • Zur Durchführung der Prüfungen wird nur wenig Verbrauchsmaterial benötigt, da bis zu 48 Proben auf einem einzigen Target bearbeitet werden können und die Menge der benötigten Chemikalien (beispielsweise Matrix, Ameisensäure) gering ist.
  • Es ist keine Verdachtsdiagnose des Keimes notwendig und alle Mikroorganismen – außer Hefen und Schimmelpilze – werden auf die gleiche Weise mit wenigen Bearbeitungsschritten vorbereitet.
  • Der bedeutendste Vorteil ist die Schnelligkeit (wenige Minuten), mit der ein Identifizierungsergebnis generiert wird.

Schnelles Hygienemonitoring

Vor allem bei der Auswertung von Proben aus dem Hygienemonitoring kann eine zügige Bearbeitung der Hygieneproben zu verkürzten Standzeiten der Produktionsanlagen führen. Liegt das Identifizierungsergebnis schneller vor, kann das untersuchte Equipment, Personal oder Produkt zeitnah freigegeben werden. Oder es können Reinigungsvalidierungen schneller abgeschlossen und damit Räume zügiger freigegeben werden. Bei Auftreten von Aktionsgrenzen kann gezielt Ursachenforschung betrieben werden. Dies kann wiederum Einfluss auf das Reinigungsprozedere haben.

Trotz hoher Geräteanschaffungs- und Unterhaltungskosten ist das System aus der Routine nicht mehr wegzudenken. So können viele Proben innerhalb kürzester Zeit bearbeitet und sofort gute Ergebnisse erhalten werden. Erfahrungsgemäß werden Staphylokokken, Mikrokokken aber auch Pseudomonaden und Enterokokken mit guten Konfidenzwerten identifiziert. Vorausgesetzt der jeweilige Keim ist in der verwendeten Datenbank hinterlegt. Schwierigkeiten bereiten einige Bakterien aufgrund ihrer Wachstumseigenschaften. Bilden sie schleimig wässrige Kolonien (z.B. Bazillen) oder weisen nur sehr feines Keimwachstum auf (z.B. Coryneforme Bakterien), werden zu wenige Massen detektiert. Das Gerät liefert kein Ergebnis und es muss auf andere Identifizierungssysteme zurückgegriffen werden. Vielversprechende Entwicklungen sind bei dieser Methode im Hinblick auf Messungen direkt von Originalproben, v.a. auf festen Nährmedien, zu erwarten.

Bei der Maldi-TOF-Methode (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation-Time Of Flight) wird eine geringe Menge Koloniematerial mit einer niedermolekularen Matrix (z.B. Alpha-cyano) auf einem metallischen Träger cokristallisiert. Diese Mischung wird mit einem Laser beschossen. Dadurch verdampft die Matrix explosionsartig und die zu untersuchenden Analytmoleküle – dabei handelt es sich v.a. um Ribosomenproteine (m/z = 2000 bis 20 000 Dalton) – werden mitgerissen. Es findet dabei gleichzeitig eine Ionisierung des Analyten statt. Die entstandenen Ionen werden über ein elektromagnetisches Feld beschleunigt und in einem feldfreien Flugrohr definierter Länge dem Detektor zugeführt. Das Ionengemisch wird aufgetrennt, wobei kleinere, leichtere Ionen schneller am Detektor auftreffen. Dieser wandelt die ankommenden Ionen in ein elektrisches Signal um. Die ankommenden Signale werden in Abhängigkeit ihrer Flugzeit (Time Of Fight) zu einem Massenspektrum umgeschrieben. Da sich Mikroorganismen in ihren Massenspektren unterscheiden, bietet dies die Grundlage für eine Keimidentifizierung.

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