Молекулярная патология микроорганизмов
Молекулярная патология микроорганизмов — это применение лабораторных методов, основанных на нуклеиновых кислотах и белках, для обнаружения, идентификации, характеристики и отслеживания инфекционных агентов (бактерий, вирусов, грибов и паразитов), а также генетических детерминант, определяющих их вирулентность и резистентность. Она находится на пересечении клинической микробиологии и молекулярной диагностики, дополняя культуральные и микроскопические методы информацией на уровне последовательностей.
Definition
Молекулярная патология микроорганизмов — это раздел лабораторной медицины, который использует молекулярные методы (амплификация нуклеиновых кислот, секвенирование, гибридизация и профилирование на основе масс-спектрометрии) для идентификации патогенов, характеристики их геномов и получения эпидемиологической информации и информации о резистентности.
Scope
Эта область знакомит читателя с молекулярными подходами, используемыми в диагностической микробиологии: амплификация и секвенирование консервативных маркерных генов для идентификации организмов, генотипирование и филогенетический анализ для отслеживания вспышек и эволюции, обнаружение генов резистентности, молекулярная диагностика грибковых и паразитарных заболеваний, а также культурально-независимые метагеномные и полногеномные стратегии. Она рассматривает эти подходы как лабораторные и справочные темы, а не как инструкции по ведению пациентов.
Sub-topics
Core questions
- Какой организм присутствует и до какого вида или штамма его можно определить с помощью молекулярных маркеров?
- Как связаны родственные изоляты при передаче, и что филогения раскрывает об их эволюции?
- Какие детерминанты резистентности и вирулентности кодируются, и насколько они мобильны?
- Когда культурально-независимые (метагеномные или полногеномные) методы следует предпочесть таргетным анализам?
Key concepts
- Консервативные маркерные гены (16S рРНК, ITS) как мишени для идентификации
- Тестирование с амплификацией нуклеиновых кислот (ПЦР и варианты)
- Генотипирование и молекулярное типирование штаммов
- Филогенетический вывод и молекулярная эпидемиология
- Генотипическое обнаружение резистентности
- Культурально-независимая диагностика
- Полногеномное и метагеномное секвенирование
Mechanisms
Молекулярно-микробиологические методы используют различия в последовательностях между организмами. Консервативные, но вариабельные маркерные гены — бактериальный ген 16S рРНК и грибковая область внутреннего транскрибируемого спейсера (ITS) — могут быть амплифицированы и секвенированы для таксономического определения изолята (Patel, 2001). Дискриминация на уровне штаммов использует типирование по полосам или по последовательностям для оценки родства изолятов (Tenover, 1995). Сравнение последовательностей между образцами позволяет филогенетически реконструировать, как патогены эволюционируют и распространяются (Pybus & Rambaut, 2009). Культурально-независимое метагеномное секвенирование считывает нуклеиновые кислоты непосредственно из клинического материала, в принципе обнаруживая любой присутствующий организм без предварительного знания о том, что искать (Miller & Chiu, 2020).
Clinical relevance
Молекулярные методы описывают, как современные лаборатории идентифицируют патогены, обнаруживают детерминанты резистентности и реконструируют передачу, что лежит в основе диагностической отчетности, надзора за профилактикой инфекций и программ рационального использования антибиотиков на системном уровне. Эта статья объясняет, как генерируются такие данные, и не является руководством по диагностике или лечению какого-либо конкретного пациента.
Evidence & guidelines
Обобщенные здесь методы основаны на диагностической и методологической литературе по клинической микробиологии, включая стандартизированные критерии интерпретации паттернов типирования штаммов (Tenover, 1995) и обзоры, оценивающие клиническую роль метагеномного секвенирования (Miller & Chiu, 2020). Конкретные стандарты производительности и отчетности анализов устанавливаются профессиональными и регулирующими органами и здесь не воспроизводятся.
History
Молекулярная микробиология развивалась благодаря распространению ПЦР и секвенирования ДНК в конце двадцатого века, что сделало рутинными идентификацию консервативных генов (Patel, 2001) и воспроизводимое молекулярное типирование штаммов (Tenover, 1995). Созревание высокопроизводительного секвенирования затем расширило область до полногеномных и метагеномных подходов, которые считывают геномы патогенов непосредственно из клинических образцов (Miller & Chiu, 2020).
Related topics
Seminal works
- patel-2001
- tenover-1995
- pybus-2009
Frequently asked questions
- Чем молекулярная патология микроорганизмов отличается от традиционной клинической микробиологии?
- Традиционная микробиология опирается на культуральные методы, микроскопию и фенотипические тесты, тогда как молекулярная патология добавляет методы, основанные на нуклеиновых кислотах и последовательностях, которые могут идентифицировать и характеризовать организмы, включая те, которые плохо или совсем не растут в культуре.
- Заменяют ли молекулярные методы культуральные?
- Не полностью; молекулярные и культуральные методы часто дополняют друг друга. Культура остается важной для фенотипического тестирования чувствительности и выделения изолятов, в то время как молекулярные методы обеспечивают скорость, идентификацию на уровне последовательностей и обнаружение детерминант резистентности.