LC-SRM combined with machine learning enables fast identification and quantification of bacterial pathogens in urinary tract infections

泌尿系统 鉴定(生物学) 计算机科学 计算生物学 微生物学 医学 机器学习 生物 内科学 植物
作者
Clarisse Gotti,Florence Roux‐Dalvai,Ève Bérubé,Antoine Lacombe-Rastoll,Mickaël Leclercq,Cristina C. Jacob,Maurice Boissinot,Cláudia P.B. Martins,Neloni Wijeratne,Michel G. Bergeron,Arnaud Droit
标识
DOI:10.1101/2024.05.31.596829
摘要

ABSTRACT Urinary tract infections (UTIs) are a worldwide health problem. Fast and accurate detection of bacterial infection is essential to provide appropriate antibiotherapy to patients and to avoid the emergence of drug-resistant pathogens. While the gold standard requires 24h to 48h of bacteria culture prior MALDI-TOF species identification, we propose a culture-free workflow, enabling a bacterial identification and quantification in less than 4 hours using 1mL of urine. After a rapid and automatable sample preparation, a signature of 82 bacterial peptides, defined by machine learning, was monitored in LC-MS, to distinguish the 15 species causing 84% of the UTIs. The combination of the sensitivity of the SRM mode on a triple quadrupole TSQ Altis instrument and the robustness of capillary flow enabled us to analyze up to 75 samples per day, with 99.2% accuracy on bacterial inoculations of healthy urines. We have also shown our method can be used to quantify the spread of the infection, from 8×10 4 to 3×10 7 CFU/mL. Finally, the workflow was validated on 45 inoculated urines and on 84 UTI-positive urine from patients, with respectively 93.3% and 87.1% of agreement with the culture-MALDI procedure at a level above 1×10 5 CFU/mL corresponding to an infection requiring antibiotherapy. HIGHLIGHTS – LC-MS-SRM and machine learning to identify and quantify bacterial species of UTI – Fast sample preparation without bacterial culture and high-throughput MS analysis – Accurate quantification through calibration curves for 15 species of UTIs – Validation on inoculations (93% accuracy) and on patients specimens (87% accuracy)
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