세균 동정 및 분자형별

세균 동정 및 분자형별은 분리된 세균이 어떤 종에 속하는지 결정하고, 종을 넘어 균주를 구별하여 유행 조사 및 감시에 활용하는 방법을 다룹니다. 이는 보존된 표지 유전자 염기서열 분석 및 단백질 프로파일 매칭부터 제한효소 및 염기서열 기반 균주형별에 이르기까지 다양합니다.

Definition

세균 동정은 분자 표지자 또는 단백질 프로파일을 사용하여 분리된 균을 분류학적 그룹에 할당하는 반면, 분자형별은 역학적 목적을 위해 동일 종 내의 분리 균주 간의 관련성을 평가하기 위해 구별합니다.

Scope

이 주제는 염기서열 기반 동정(특히 16S rRNA 유전자 염기서열 분석), MALDI-TOF 질량 분석을 통한 단백질체 동정, 그리고 펄스필드 겔 전기영동(pulsed-field gel electrophoresis)과 같이 점차 증가하는 전장 유전체형별(whole-genome typing)과 같은 분자 균주형별 방법을 다룹니다. 이는 치료 지침이 아닌 실험실 및 참고 자료 주제로 제시됩니다.

Core questions

• 이 분리 균주는 어떤 종 또는 속(genus)에 속하며, 분자 표지자가 이를 얼마나 확실하게 해결할 수 있는가?
• 두 개 이상의 분리 균주가 동일한 균주인가, 그리고 관련성을 정의하는 유사성의 임계값은 무엇인가?
• 어떤 형별 방법이 질문에 적합한 판별력과 재현성을 제공하는가?

Key concepts

• 16S rRNA 유전자 염기서열 분석
• MALDI-TOF 질량 분석 프로파일링
• 펄스필드 겔 전기영동 (PFGE)
• 다좌위 염기서열형별 (MLST)
• 전장 유전체 염기서열형별
• 판별력 및 재현성
• 균주 관련성 기준

Mechanisms

종 동정은 16S rRNA 유전자의 증폭 및 염기서열 분석에 의존할 수 있으며, 이 유전자의 보존된 영역과 가변 영역은 임상적으로 관련된 대부분의 세균의 분류학적 위치를 파악할 수 있게 합니다. 그러나 밀접하게 관련된 종들이 거의 동일한 염기서열을 공유하는 경우에는 한계가 있습니다 (Patel, 2001). MALDI-TOF 질량 분석은 대신 특징적인 단백질 질량 스펙트럼을 참조 데이터베이스와 비교하여 유기체를 식별하며, 콜로니로부터 신속한 동정을 제공합니다 (Greub, 2010). 균주 수준의 구별을 위해 펄스필드 겔 전기영동은 염색체 제한효소 절편 패턴을 비교하며, 분리 균주가 구별 불가능하거나, 밀접하게 관련되거나, 구별되는 것으로 간주되는 시점을 정의하는 표준화된 기준이 있습니다 (Tenover, 1995). 전장 유전체 염기서열 분석은 이제 더 높은 해상도의 형별을 가능하게 하며 감시 및 유행 재구성(outbreak reconstruction)에 점점 더 많이 사용됩니다 (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

정확한 동정 및 형별은 실험실이 유기체의 이름을 지정하고 관련 분리 균주를 연결하는 방법을 설명하며, 감염 예방 감시, 유행 탐지 및 보고를 지원합니다. 이 주제는 이러한 증거가 어떻게 생성되는지 설명하며 개별화된 진단 또는 치료 권장 사항을 제공하지 않습니다.

Epidemiology

분자형별은 분자 역학의 핵심입니다. 환자, 병동 또는 식품 공급원 간의 균주를 비교하는 것은 사례들이 공통된 원인을 공유하는지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다. 전장 유전체 기반 방법은 식품 매개 및 의료 관련 병원체의 감시 및 유행 조사에 주요 도구가 되었습니다 (Deng et al., 2016).

Evidence & guidelines

균주형별 해석은 제한효소 패턴 판독을 위한 표준화된 전문가 합의 기준에 의해 오랫동안 안내되어 왔습니다 (Tenover, 1995). 동정 및 형별 성능, 데이터베이스 관리 및 품질 표준은 전문 기관 및 분석 키트 제조업체에 의해 설정되며 여기서는 재현되지 않습니다.

History

염기서열 기반 동정은 16S rRNA 유전자의 PCR 및 염기서열 분석이 임상 실험실에 도입되면서 실용화되었고 (Patel, 2001), 재현 가능한 균주형별은 PFGE 패턴 해석을 위한 합의 기준을 통해 체계화되었습니다 (Tenover, 1995). MALDI-TOF 질량 분석은 나중에 처리 시간을 크게 단축하여 일상적인 동정을 변화시켰고 (Greub, 2010), 전장 유전체 염기서열 분석은 단일 염기 해상도로 형별을 확장했습니다 (Deng et al., 2016).

Debates

균주 관련성은 어떻게 정의되어야 하는가?

밴딩 패턴 기준은 재현 가능하지만 거친 관련성 범주를 제공하는 반면, 전장 유전체 방법은 더 미세한 해상도를 제공합니다. 이 분야는 임계값과 방법 및 실험실 간의 결과를 비교하는 방법을 계속해서 협상하고 있습니다.

Seminal works

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

Frequently asked questions

16S rRNA 염기서열 분석은 언제 가장 유용한가?

표현형 방법으로 식별하기 어렵거나 성장이 느린 유기체에 특히 유용하지만, 16S 염기서열이 거의 동일한 매우 밀접하게 관련된 종은 구별하지 못할 수 있습니다.

종을 식별하는 것 외에 세균을 형별하는 이유는 무엇인가?

형별은 동일 종 내의 분리 균주를 구별하여 이들이 동일한 전파 사슬의 일부인지 여부를 결정하며, 이는 유행 조사 및 감염 관리 감시에 필수적입니다.