Bakterienidentifizierung und -charakterisierung

Die Bakterienidentifizierung und -charakterisierung umfasst die Labormethoden, die angewendet werden, um ein Bakterium aus einer klinischen Probe zu isolieren und seine Identität – Gattung und Spezies sowie gegebenenfalls den Stamm – zu bestimmen, damit das Ergebnis Diagnose, Therapieauswahl und Überwachung unterstützen kann. Moderne Labore kombinieren klassische wachstumsbasierte und biochemische Methoden mit proteomischer Identifizierung mittels Massenspektrometrie und Nukleinsäuresequenzierung.

Definition

Die Bakterienidentifizierung ist der Laborprozess zur Bestimmung der Gattung und Spezies (und bei Bedarf des Stammes oder Typs) eines Bakteriums, das aus einer klinischen Probe isoliert oder in dieser nachgewiesen wurde, unter Verwendung phänotypischer, proteomischer und genotypischer Methoden.

Scope

Der Eintrag behandelt die Primärisolierung und Mikroskopie, die phänotypische Identifizierung mittels Wachstums- und biochemischer Reaktionen, die proteomische Identifizierung mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie und die genotypische Identifizierung mittels Gensequenzierung, zusammen mit der Unterscheidung zwischen Identifizierung (Benennung des Organismus) und Charakterisierung (Typisierung und Merkmalsbestimmung). Diese werden als Labormethoden und nicht als klinische Leitlinien behandelt.

Core questions

• Welche Bakterienart ist in dieser Probe vorhanden, und ist ihre Isolierung klinisch bedeutsam?
• Welche Identifizierungsmethode – Kultur und Biochemie, MALDI-TOF-Massenspektrometrie oder Gensequenzierung – ist für diesen Organismus geeignet?
• Wie werden Organismen über die Speziesebene hinaus charakterisiert, zum Beispiel durch Typisierung für die Ausbruchsuntersuchung?
• Was sind die Grenzen jeder Methode in Bezug auf Geschwindigkeit, Genauigkeit und die Fähigkeit, eng verwandte Spezies zu unterscheiden?

Key concepts

• Primärisolierung und Reinkultur
• Gram-Färbung und Koloniemorphologie
• Biochemische und phänotypische Profilierung
• MALDI-TOF-Massenspektrometrie-Identifizierung
• 16S rRNA und andere Gensequenzierung
• Identifizierung versus Charakterisierung (Typisierung)
• Referenzdatenbank und Spektralabgleich
• Bearbeitungszeit

Mechanisms

Die konventionelle Identifizierung beginnt mit der Isolierung einer Reinkultur, gefolgt von der Ablesung des Wachstums auf selektiven und Differentialmedien, der Gram-Färbungsmorphologie und einer Reihe biochemischer Reaktionen, um den Organismus einer Spezies zuzuordnen. Die proteomische Identifizierung mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie ionisiert stattdessen Proteine aus einer Kolonie und gleicht das resultierende Massenspektrum – das von reichlich vorhandenen ribosomalen Proteinen dominiert wird – mit einer Referenzdatenbank ab, was innerhalb von Minuten nach Verfügbarkeit eines Isolats eine Identifizierung auf Speziesebene ermöglicht; dieser Ansatz hat die routinemäßigen Laborabläufe erheblich verändert (Clark et al., 2013). Die genotypische Identifizierung sequenziert konservierte Gene wie 16S rRNA oder verwendet breitere Nukleinsäuremethoden, was eine direkte Identifizierung aus Proben oder von Organismen, die schlecht wachsen, ermöglicht (Espy et al., 2006). Jeder Weg ist ein Kompromiss aus Geschwindigkeit, Kosten und Diskriminierungsvermögen, und eine schnellere Identifizierung wurde mit dem breiteren Bestreben nach verbesserten Diagnostika für Infektionskrankheiten in Verbindung gebracht (Caliendo et al., 2013).

Clinical relevance

Eine genaue Organismenidentifizierung ist ein Ausgangspunkt für die klinische Entscheidungsfindung bezüglich einer Infektion und für die Auswahl der durchzuführenden Empfindlichkeitstests. Dieser Eintrag beschreibt, wie die Identifizierung erreicht wird und was sie begrenzt; es handelt sich um Referenzmaterial und schreibt nicht vor, wie ein bestimmtes Ergebnis die Versorgung eines einzelnen Patienten ändern sollte.

Epidemiology

Über die Benennung eines Organismus hinaus untermauern Charakterisierungs- und Typisierungsmethoden die Ausbruchsuntersuchung und Überwachung, indem sie feststellen, ob Isolate von verschiedenen Patienten miteinander verwandt sind. Die Umstellung auf Massenspektrometrie und molekulare Methoden war Teil einer breiteren Anstrengung, den Erregernachweis schneller und informativer zu gestalten (Caliendo et al., 2013).

History

Die Bakterienidentifizierung beruhte den größten Teil des zwanzigsten Jahrhunderts auf Kultur, Färbung und biochemischer Phänotypisierung. Die Einführung der Nukleinsäuresequenzierung und anschließend der MALDI-TOF-Massenspektrometrie in Routinelabore veränderte sowohl die Geschwindigkeit als auch die Breite der Identifizierung, wobei die Massenspektrometrie insbesondere als grundlegende Veränderung in der Routinepraxis beschrieben wurde (Clark et al., 2013) und die molekulare Amplifikation erweiterte, was direkt aus Proben nachgewiesen werden konnte (Espy et al., 2006).

Seminal works

• clark-2013
• espy-2006
• caliendo-2013

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Identifizierung und Charakterisierung eines Bakteriums?

Die Identifizierung benennt den Organismus nach Gattung und Spezies; die Charakterisierung geht weiter, um Merkmale zu bestimmen oder den Stamm zu typisieren – zum Beispiel um festzustellen, ob Isolate von verschiedenen Patienten zum selben Ausbruch gehören.

Warum ist die Massenspektrometrie für die Bakterienidentifizierung so verbreitet geworden?

Die MALDI-TOF-Massenspektrometrie kann viele Bakterien innerhalb von Minuten nach Vorhandensein eines Isolats auf Speziesebene identifizieren, indem sie das Proteinmassenspektrum des Organismus mit einer Referenzdatenbank abgleicht, was die Routineidentifizierung schneller machte als viele traditionelle biochemische Panels (Clark et al., 2013).