Идентификация бактерий и молекулярное типирование

Идентификация бактерий и молекулярное типирование охватывают методы, используемые для определения видовой принадлежности изолята бактерий и, помимо вида, для дифференциации штаммов с целью расследования вспышек и эпидемиологического надзора. Эти методы варьируются от секвенирования консервативных маркерных генов и сопоставления белковых профилей до типирования штаммов на основе рестрикции и секвенирования.

Definition

Идентификация бактерий относит изолят к таксономической группе с использованием молекулярных маркеров или белковых профилей, в то время как молекулярное типирование дифференцирует изоляты одного и того же вида для оценки их родства в эпидемиологических целях.

Scope

Тема охватывает идентификацию на основе секвенирования (в частности, секвенирование гена 16S рРНК), протеомную идентификацию с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF и методы молекулярного типирования штаммов, такие как пульс-электрофорез в агарозном геле и, все чаще, полногеномное типирование. Она представлена как лабораторная и справочная тема, а не как руководство по лечению.

Core questions

• К какому виду или роду принадлежит данный изолят, и насколько уверенно молекулярные маркеры могут это определить?
• Являются ли два или более изолята одним и тем же штаммом, и какой порог сходства определяет родство?
• Какой метод типирования обеспечивает дискриминационную способность и воспроизводимость, соответствующие поставленной задаче?

Key concepts

• Секвенирование гена 16S рРНК
• Профилирование с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF
• Пульс-электрофорез в агарозном геле (PFGE)
• Мультилокусное секвенирование (MLST)
• Типирование на основе полногеномного секвенирования
• Дискриминационная способность и воспроизводимость
• Критерии родства штаммов

Mechanisms

Видовая идентификация может основываться на амплификации и секвенировании гена 16S рРНК, консервативные и вариабельные области которого позволяют таксономически классифицировать большинство клинически значимых бактерий, с ограничениями в случаях, когда близкородственные виды имеют почти идентичные последовательности (Patel, 2001). Масс-спектрометрия MALDI-TOF, напротив, идентифицирует организмы путем сопоставления их характерных масс-спектров белков с референсными базами данных, обеспечивая быструю идентификацию из колоний (Greub, 2010). Для дифференциации на уровне штаммов пульс-электрофорез в агарозном геле сравнивает хромосомные рестрикционные фрагменты, при этом стандартизированные критерии определяют, когда изоляты считаются неразличимыми, близкородственными или различными (Tenover, 1995). Полногеномное секвенирование теперь обеспечивает типирование с более высоким разрешением и все чаще используется для эпидемиологического надзора и реконструкции вспышек (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

Точная идентификация и типирование описывают, как лаборатории называют организмы и связывают родственные изоляты, поддерживая эпидемиологический надзор за инфекциями, выявление вспышек и отчетность. Тема объясняет, как эти данные производятся, и не предоставляет индивидуальных диагностических или терапевтических рекомендаций.

Epidemiology

Молекулярное типирование занимает центральное место в молекулярной эпидемиологии: сравнение штаммов у пациентов, в отделениях или из источников пищи помогает определить, имеют ли случаи общий источник. Методы, основанные на полногеномном секвенировании, стали основным инструментом для эпидемиологического надзора и расследования вспышек пищевых и внутрибольничных патогенов (Deng et al., 2016).

Evidence & guidelines

Интерпретация типирования штаммов долгое время основывалась на стандартизированных, консенсусных экспертных критериях для чтения рестрикционных паттернов (Tenover, 1995). Производительность идентификации и типирования, курирование баз данных и стандарты качества устанавливаются профессиональными организациями и производителями анализов и здесь не воспроизводятся.

History

Идентификация на основе секвенирования стала практичной, когда ПЦР и секвенирование гена 16S рРНК вошли в клинические лаборатории (Patel, 2001), в то время как воспроизводимое типирование штаммов было кодифицировано посредством консенсусных критериев для интерпретации паттернов PFGE (Tenover, 1995). Масс-спектрометрия MALDI-TOF позже преобразовала рутинную идентификацию, значительно сократив время выполнения (Greub, 2010), а полногеномное секвенирование расширило типирование до разрешения на уровне одного нуклеотида (Deng et al., 2016).

Debates

Как следует определять родство штаммов?

Критерии паттернов полос обеспечивают воспроизводимые, но грубые категории родства, тогда как полногеномные методы предлагают более высокое разрешение; область продолжает обсуждать пороговые значения и способы сравнения результатов между методами и лабораториями.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Когда секвенирование 16S рРНК наиболее полезно?

Оно особенно полезно для организмов, которые трудно идентифицировать фенотипическими методами или которые медленно растут, хотя оно может не различать очень близкородственные виды, чьи последовательности 16S почти идентичны.

Зачем типировать бактерии помимо идентификации вида?

Типирование дифференцирует изоляты одного и того же вида, чтобы определить, являются ли они частью одной и той же цепи передачи, что крайне важно для расследования вспышек и эпидемиологического надзора за инфекциями.