Идентификация и характеристика бактерий

Идентификация и характеристика бактерий — это совокупность лабораторных методов, используемых для выделения бактерий из клинического образца и определения их рода и вида, а при необходимости и штамма, с целью поддержки диагностики, выбора лечения и эпидемиологического надзора. Современные лаборатории сочетают классические методы, основанные на росте и биохимических реакциях, с протеомной идентификацией с помощью масс-спектрометрии и секвенированием нуклеиновых кислот.

Definition

Идентификация бактерий — это лабораторный процесс определения рода и вида (а при необходимости — штамма или типа) бактерии, выделенной или обнаруженной в клиническом образце, с использованием фенотипических, протеомных и генотипических методов.

Scope

Статья охватывает первичную изоляцию и микроскопию, фенотипическую идентификацию по росту и биохимическим реакциям, протеомную идентификацию с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF и генотипическую идентификацию путем секвенирования генов, а также различие между идентификацией (называние организма) и характеристикой (типирование и определение признаков). Эти методы рассматриваются как лабораторные, а не как клинические рекомендации.

Core questions

• Какой вид бактерий присутствует в этом образце, и является ли его выделение клинически значимым?
• Какой метод идентификации — культуральный и биохимический, масс-спектрометрия MALDI-TOF или секвенирование генов — подходит для этого организма?
• Как характеризуются организмы помимо видового уровня, например, путем типирования для расследования вспышек?
• Каковы пределы каждого метода по скорости, точности и способности различать близкородственные виды?

Key concepts

• Первичная изоляция и чистая культура
• Окраска по Граму и морфология колоний
• Биохимическое и фенотипическое профилирование
• Идентификация с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF
• Секвенирование 16S рРНК и других генов
• Идентификация против характеристики (типирования)
• Эталонная база данных и спектральное сопоставление
• Время выполнения анализа

Mechanisms

Традиционная идентификация начинается с выделения чистой культуры, затем оценивается рост на селективных и дифференциальных средах, морфология по Граму и панель биохимических реакций для отнесения организма к виду. Протеомная идентификация с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF вместо этого ионизирует белки из колонии и сопоставляет полученный масс-спектр, в котором преобладают обильные рибосомальные белки, с эталонной базой данных, что позволяет получить идентификацию на уровне вида за считанные минуты после получения изолята; этот подход существенно изменил рутинные лабораторные рабочие процессы (Clark et al., 2013). Генотипическая идентификация секвенирует консервативные гены, такие как 16S рРНК, или использует более широкие методы нуклеиновых кислот, что позволяет идентифицировать организмы непосредственно из образцов или организмы, которые плохо растут (Espy et al., 2006). Каждый путь сопряжен с компромиссами в скорости, стоимости и разрешающей способности, а более быстрая идентификация связана с более широким стремлением к улучшению диагностики инфекционных заболеваний (Caliendo et al., 2013).

Clinical relevance

Точная идентификация организма является отправной точкой для клинического обоснования инфекции и выбора тестов на чувствительность. Эта статья описывает, как достигается идентификация и что ее ограничивает; это справочный материал, который не предписывает, как конкретный результат должен изменить лечение отдельного пациента.

Epidemiology

Помимо названия организма, методы характеристики и типирования лежат в основе расследования вспышек и эпидемиологического надзора, определяя, связаны ли изоляты от разных пациентов. Переход к масс-спектрометрии и молекулярным методам был частью более широких усилий по ускорению и повышению информативности обнаружения патогенов (Caliendo et al., 2013).

History

Идентификация бактерий на протяжении большей части двадцатого века основывалась на культивировании, окрашивании и биохимическом фенотипировании. Внедрение секвенирования нуклеиновых кислот, а затем масс-спектрометрии MALDI-TOF в рутинные лаборатории изменило как скорость, так и широту идентификации, при этом масс-спектрометрия, в частности, была описана как фундаментальный сдвиг в рутинной практике (Clark et al., 2013), а молекулярная амплификация расширила возможности обнаружения непосредственно из образцов (Espy et al., 2006).

Seminal works

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

Frequently asked questions

В чем разница между идентификацией и характеристикой бактерии?

Идентификация называет организм до рода и вида; характеристика идет дальше, чтобы определить признаки или типировать штамм — например, чтобы определить, принадлежат ли изоляты от разных пациентов к одной и той же вспышке.

Почему масс-спектрометрия стала распространенной для идентификации бактерий?

Масс-спектрометрия MALDI-TOF может идентифицировать многие бактерии до видового уровня в течение нескольких минут после получения изолята путем сопоставления белкового масс-спектра организма с эталонной базой данных, что сделало рутинную идентификацию быстрее, чем многие традиционные биохимические панели (Clark et al., 2013).