Bakterielle Identifizierung und molekulare Typisierung

Die bakterielle Identifizierung und molekulare Typisierung umfasst Methoden zur Bestimmung der Bakterienart, zu der ein Isolat gehört, und darüber hinaus zur Unterscheidung von Stämmen für die Ausbruchsuntersuchung und Überwachung. Sie reicht von der Sequenzierung konservierter Marker-Gene und dem Abgleich von Proteinprofilen bis hin zur Restriktions- und Sequenz-basierten Stammtypisierung.

Definition

Die bakterielle Identifizierung ordnet ein Isolat einer taxonomischen Gruppe mittels molekularer Marker oder Proteinprofile zu, während die molekulare Typisierung Isolate derselben Spezies unterscheidet, um deren Verwandtschaft für epidemiologische Zwecke zu beurteilen.

Scope

Das Thema behandelt die Sequenz-basierte Identifizierung (insbesondere 16S rRNA-Gen-Sequenzierung), die proteomische Identifizierung mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie sowie molekulare Stammtypisierungsmethoden wie die Pulsfeldgelelektrophorese und zunehmend die Gesamtgenomtypisierung. Es wird als Labor- und Referenzthema dargestellt, nicht als Behandlungsleitfaden.

Core questions

• Zu welcher Spezies oder Gattung gehört dieses Isolat, und wie sicher können molekulare Marker dies auflösen?
• Sind zwei oder mehr Isolate derselbe Stamm, und welche Ähnlichkeitsschwelle definiert die Verwandtschaft?
• Welche Typisierungsmethode bietet die für die Fragestellung geeignete Diskriminierungsfähigkeit und Reproduzierbarkeit?

Key concepts

• 16S rRNA-Gen-Sequenzierung
• MALDI-TOF-Massenspektrometrie-Profilierung
• Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE)
• Multilocus-Sequenztypisierung (MLST)
• Gesamtgenom-Sequenztypisierung
• Diskriminierungsfähigkeit und Reproduzierbarkeit
• Kriterien für die Stammverwandtschaft

Mechanisms

Die Speziesidentifizierung kann auf der Amplifikation und Sequenzierung des 16S rRNA-Gens basieren, dessen konservierte und variable Regionen die taxonomische Einordnung der meisten klinisch relevanten Bakterien ermöglichen, mit Einschränkungen dort, wo eng verwandte Spezies nahezu identische Sequenzen aufweisen (Patel, 2001). Die MALDI-TOF-Massenspektrometrie identifiziert Organismen stattdessen durch den Abgleich ihrer charakteristischen Proteinmassenspektren mit Referenzdatenbanken, was eine schnelle Identifizierung aus Kolonien ermöglicht (Greub, 2010). Für die Diskriminierung auf Stammesebene vergleicht die Pulsfeldgelelektrophorese chromosomale Restriktionsfragmentmuster, wobei standardisierte Kriterien definieren, wann Isolate als ununterscheidbar, eng verwandt oder distinkt gelten (Tenover, 1995). Die Gesamtgenomsequenzierung ermöglicht nun eine höhere Auflösung der Typisierung und wird zunehmend für die Überwachung und Ausbruchsrekonstruktion eingesetzt (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

Eine genaue Identifizierung und Typisierung beschreibt, wie Labore Organismen benennen und verwandte Isolate miteinander verknüpfen, was die Überwachung der Infektionsprävention, die Erkennung von Ausbrüchen und die Berichterstattung unterstützt. Das Thema erläutert, wie diese Evidenz erzeugt wird, und gibt keine individualisierten diagnostischen oder therapeutischen Empfehlungen.

Epidemiology

Die molekulare Typisierung ist zentral für die molekulare Epidemiologie: Der Vergleich von Stämmen bei Patienten, auf Stationen oder in Nahrungsmittelquellen hilft festzustellen, ob Fälle eine gemeinsame Quelle haben. Gesamtgenom-basierte Methoden sind zu einem primären Werkzeug für die Überwachung und Ausbruchsuntersuchung von lebensmittelbedingten und im Gesundheitswesen erworbenen Pathogenen geworden (Deng et al., 2016).

Evidence & guidelines

Die Interpretation der Stammtypisierung wurde lange Zeit durch standardisierte, konsensbasierte Expertenkriterien für die Auswertung von Restriktionsmustern geleitet (Tenover, 1995). Die Leistung der Identifizierung und Typisierung, die Kuration von Datenbanken und Qualitätsstandards werden von Fachgesellschaften und Assay-Herstellern festgelegt und hier nicht wiedergegeben.

History

Die Sequenz-basierte Identifizierung wurde praktikabel, als PCR und die Sequenzierung des 16S rRNA-Gens in klinischen Laboren Einzug hielten (Patel, 2001), während die reproduzierbare Stammtypisierung durch Konsenskriterien zur Interpretation von PFGE-Mustern kodifiziert wurde (Tenover, 1995). Die MALDI-TOF-Massenspektrometrie revolutionierte später die Routineidentifizierung durch eine erhebliche Verkürzung der Bearbeitungszeit (Greub, 2010), und die Gesamtgenomsequenzierung erweiterte die Typisierung auf Einzelnukleotid-Auflösung (Deng et al., 2016).

Debates

Wie sollte die Stammverwandtschaft definiert werden?

Bandenmuster-Kriterien liefern reproduzierbare, aber grobe Verwandtschaftskategorien, während Gesamtgenom-Methoden eine feinere Auflösung bieten; das Feld verhandelt weiterhin Schwellenwerte und den Vergleich von Ergebnissen über Methoden und Labore hinweg.

Seminal works

• patel-2001
• tenover-1995
• greub-2010

Frequently asked questions

Wann ist die 16S rRNA-Sequenzierung am nützlichsten?

Sie ist besonders nützlich für Organismen, die mit phänotypischen Methoden schwer zu identifizieren sind oder langsam wachsen, obwohl sie sehr eng verwandte Spezies, deren 16S-Sequenzen nahezu identisch sind, möglicherweise nicht unterscheiden kann.

Warum Bakterien über die Speziesidentifizierung hinaus typisieren?

Die Typisierung unterscheidet Isolate derselben Spezies, um festzustellen, ob sie Teil derselben Übertragungskette sind, was für die Ausbruchsuntersuchung und die Überwachung der Infektionskontrolle unerlässlich ist.