細菌の同定と分子タイピング

細菌の同定と分子タイピングは、分離株がどの細菌種に属するかを決定し、種を超えて、アウトブレイク調査やサーベイランスのために株を識別するために使用される方法を網羅しています。これは、保存されたマーカー遺伝子のシーケンスやタンパク質プロファイルの照合から、制限酵素およびシーケンスに基づく株タイピングまで多岐にわたります。

Definition

細菌の同定は、分子マーカーまたはタンパク質プロファイルを使用して分離株を分類群に割り当てるものであり、分子タイピングは、疫学的目的のために、同じ種の分離株間の関連性を評価するためにそれらを識別するものです。

Scope

このトピックでは、シーケンスに基づく同定（特に16S rRNA遺伝子シーケンス）、MALDI-TOF質量分析によるプロテオミクス同定、およびパルスフィールドゲル電気泳動や、ますます増加している全ゲノムタイピングなどの分子株タイピング方法を取り上げます。これは、治療ガイダンスとしてではなく、実験室および参照トピックとして提示されています。

Core questions

• この分離株はどの種または属に属し、分子マーカーはどの程度の確信度でそれを解決できますか？
• 2つ以上の分離株は同じ株ですか、そして類似性のどの閾値が関連性を定義しますか？
• どのタイピング方法が、その質問に適した識別力と再現性を提供しますか？

Key concepts

• 16S rRNA遺伝子シーケンス
• MALDI-TOF質量分析プロファイリング
• パルスフィールドゲル電気泳動 (PFGE)
• マルチローカスシーケンスタイピング (MLST)
• 全ゲノムシーケンスタイピング
• 識別力と再現性
• 株の関連性基準

Mechanisms

種同定は、16S rRNA遺伝子の増幅とシーケンスに依存することがあります。この遺伝子の保存領域と可変領域は、ほとんどの臨床的に関連する細菌の分類学的配置を可能にしますが、近縁種がほぼ同一のシーケンスを共有する場合には限界があります（Patel, 2001）。一方、MALDI-TOF質量分析は、特徴的なタンパク質質量スペクトルを参照データベースと照合することで微生物を同定し、コロニーからの迅速な同定を提供します（Greub, 2010）。株レベルの識別には、パルスフィールドゲル電気泳動が染色体制限断片パターンを比較し、分離株が区別不能、密接に関連、または異なると見なされる時期を定義する標準化された基準があります（Tenover, 1995）。全ゲノムシーケンスは、より高解像度のタイピングを可能にし、サーベイランスやアウトブレイクの再構築にますます使用されています（Deng et al., 2016）。

Clinical relevance

正確な同定とタイピングは、検査室が微生物を命名し、関連する分離株をリンクする方法を記述し、感染予防サーベイランス、アウトブレイク検出、および報告をサポートします。このトピックは、この証拠がどのように生成されるかを説明するものであり、個別化された診断または治療の推奨を提供するものではありません。

Epidemiology

分子タイピングは分子疫学の中心です。患者、病棟、または食品源間で株を比較することは、症例が共通の発生源を共有しているかどうかを判断するのに役立ちます。全ゲノムに基づく方法は、食品媒介性病原体および医療関連病原体のサーベイランスおよびアウトブレイク調査の主要なツールとなっています（Deng et al., 2016）。

Evidence & guidelines

株タイピングの解釈は、制限パターンを読み取るための標準化された専門家コンセンサス基準によって長らく導かれてきました（Tenover, 1995）。同定とタイピングの性能、データベースのキュレーション、および品質基準は、専門機関とアッセイ製造業者によって設定されており、ここでは再現されません。

History

シーケンスに基づく同定は、PCRと16S rRNA遺伝子のシーケンスが臨床検査室に導入されるにつれて実用的になりました（Patel, 2001）。一方、再現性のある株タイピングは、PFGEパターンの解釈に関するコンセンサス基準を通じて体系化されました（Tenover, 1995）。その後、MALDI-TOF質量分析は、ターンアラウンドタイムを大幅に短縮することで日常的な同定を変革し（Greub, 2010）、全ゲノムシーケンスはタイピングを単一ヌクレオチドの解像度にまで拡張しました（Deng et al., 2016）。

Debates

株の関連性はどのように定義されるべきですか？

バンディングパターン基準は再現性がありますが粗い関連性カテゴリを提供し、全ゲノム法はより細かい解像度を提供します。この分野では、閾値と、方法および検査室間で結果を比較する方法について引き続き議論されています。

Seminal works

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

Frequently asked questions

16S rRNAシーケンスはいつ最も有用ですか？

表現型的方法では同定が困難な微生物や、増殖が遅い微生物に特に有用ですが、16Sシーケンスがほぼ同一である非常に近縁な種を区別できない場合があります。

種を同定するだけでなく、細菌をタイピングする理由は何ですか？

タイピングは、同じ種の分離株を識別し、それらが同じ伝播経路の一部であるかどうかを判断するために行われます。これは、アウトブレイク調査や感染制御サーベイランスに不可欠です。