สัณฐานวิทยาของเชื้อราและวิธีการระบุชนิด

สัณฐานวิทยาของเชื้อราและวิธีการระบุชนิด คือลักษณะโครงสร้างและเทคนิคทางห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการจำแนกเชื้อราและจัดจำแนกให้อยู่ในอนุกรมวิธานที่ทราบ ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิมในการตรวจดูเส้นใย สปอร์ และโครงสร้างการออกผล ไปจนถึงการจำแนกโดยอาศัยการเพาะเลี้ยง และวิธีการทางโมเลกุล เช่น การทำ DNA barcoding และการระบุชนิดด้วยโปรตีนโดยใช้แมสสเปกโทรเมทรี

Definition

การระบุชนิดเชื้อราคือการจัดจำแนกเชื้อราที่แยกได้ให้อยู่ในอนุกรมวิธานที่ทราบ โดยใช้การผสมผสานระหว่างลักษณะทางสัณฐานวิทยา (ทั้งในระดับจุลภาคและมหภาค) ลักษณะจากการเพาะเลี้ยง และวิธีการทางโมเลกุลหรือโปรตีโอมิกส์ ในขณะที่สัณฐานวิทยาของเชื้อราคือการศึกษาลักษณะโครงสร้างซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญของการระบุชนิดดังกล่าว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่ใช้ในการอธิบายและจำแนกเชื้อรา และวิธีการหลักที่ใช้ในการระบุเชื้อราที่ไม่ทราบชนิด โดยกล่าวถึงการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์โดยตรงและการย้อมสี สัณฐานวิทยาจากการเพาะเลี้ยง การทำ DNA sequence barcoding และเทคนิคแมสสเปกโทรเมทรีแบบ MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight) ในฐานะแนวทางเสริมกัน นี่คือภาพรวมอ้างอิงของระเบียบวิธีวิจัย ไม่ใช่ระเบียบปฏิบัติในการวินิจฉัยหรือแนวทางการรักษา

Core questions

• โครงสร้างทางสัณฐานวิทยาใดบ้างที่ใช้ในการระบุเชื้อราด้วยกล้องจุลทรรศน์?
• วิธีการเพาะเลี้ยงและการตรวจโดยตรงเสริมซึ่งกันและกันอย่างไร?
• DNA barcoding คืออะไร และเหตุใดบริเวณ ITS จึงเป็นเครื่องหมายมาตรฐานสำหรับเชื้อรา?
• MALDI-TOF mass spectrometry ระบุเชื้อราได้อย่างไร และเกี่ยวข้องกับวิธีการทางสัณฐานวิทยาและโมเลกุลอย่างไร?

Key concepts

• เส้นใยมีผนังกั้น (septate) เทียบกับเส้นใยไม่มีผนังกั้น (coenocytic)
• โคนิเดีย สปอร์รังจิโอสปอร์ และสปอร์ชนิดอื่นๆ
• สัณฐานวิทยาของโคโลนีในระดับมหภาค
• การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์โดยตรงและการย้อมสี (เช่น KOH, calcofluor white)
• การจำแนกเชื้อราในเนื้อเยื่อทางจุลพยาธิวิทยา
• DNA barcoding และบริเวณ ITS
• MALDI-TOF mass spectrometry
• การระบุชนิดแบบ polyphasic

Mechanisms

การระบุชนิดทางสัณฐานวิทยาจะพิจารณาโครงสร้างที่ใช้ในการวินิจฉัย เช่น เส้นใยมีผนังกั้นสม่ำเสมอหรือเป็นเส้นใยขนาดใหญ่แบบ coenocytic รูปร่างและการจัดเรียงตัวของสปอร์ และรูปแบบของโครงสร้างการออกผลและโคโลนี การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์โดยตรงและการย้อมสีทางจุลพยาธิวิทยาเผยให้เห็นองค์ประกอบของเชื้อราในตัวอย่างทางคลินิก (Guarner & Brandt, 2011) การระบุชนิดทางโมเลกุลจะเปรียบเทียบดีเอ็นเอในบริเวณมาตรฐานที่เรียกว่า internal transcribed spacer (ITS) กับฐานข้อมูลอ้างอิง ซึ่งให้บาร์โค้ดสากลสำหรับเชื้อรา (Schoch et al., 2012) และตีความภายใต้การจัดจำแนกทางสายวิวัฒนาการของอาณาจักร (Hibbett et al., 2007) เทคนิค MALDI-TOF mass spectrometry ระบุชนิดเชื้อราโดยการจับคู่สเปกตรัมมวลโปรตีนกับไลบรารีอ้างอิง ซึ่งให้การระบุชนิดที่รวดเร็วและเสริมกับสัณฐานวิทยาและการจัดลำดับ (Clark et al., 2013) การรวมหลักฐานหลายอย่างเข้าด้วยกันเรียกว่าการระบุชนิดแบบ polyphasic

Clinical relevance

วิธีการเหล่านี้เป็นแกนหลักของวิทยาเชื้อราทางการวินิจฉัย: การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์และจุลพยาธิวิทยาช่วยจำแนกเชื้อราในตัวอย่าง (Guarner & Brandt, 2011) ในขณะที่การทำ molecular barcoding และ mass spectrometry ให้การระบุชนิดในระดับสปีชีส์ (Schoch et al., 2012; Clark et al., 2013) บทความนี้อธิบายวิธีการระบุชนิดและไม่ได้เป็นพื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

มาตรฐานระเบียบวิธีวิจัยที่อ้างอิงในที่นี้คือ ITS barcoding ในฐานะเครื่องหมายโมเลกุลสากลสำหรับเชื้อรา (Schoch et al., 2012), MALDI-TOF mass spectrometry ในฐานะแพลตฟอร์มการระบุชนิดที่ใช้เป็นประจำ (Clark et al., 2013) และการจำแนกองค์ประกอบของเชื้อราทางจุลพยาธิวิทยา (Guarner & Brandt, 2011) ซึ่งตีความภายใต้การจัดจำแนกทั่วทั้งอาณาจักรของ Hibbett et al. (2007)

History

ตลอดประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ของวิทยาเชื้อรา การระบุชนิดขึ้นอยู่กับสัณฐานวิทยาในระดับจุลภาคและมหภาค และจากการเพาะเลี้ยง ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 20 การจัดลำดับดีเอ็นเอได้เพิ่มมิติทางโมเลกุลที่เป็นวัตถุวิสัย ซึ่งนำไปสู่การยอมรับอย่างเป็นทางการของบริเวณ ITS ในฐานะบาร์โค้ดสากลของเชื้อรา (Schoch et al., 2012) ในขณะเดียวกัน MALDI-TOF mass spectrometry ได้ย้ายจากการวิจัยมาสู่จุลชีววิทยาคลินิกประจำวัน (Clark et al., 2013) ดังนั้นการระบุชนิดในปัจจุบันจึงมักจะรวมสัณฐานวิทยา การจัดลำดับ และโปรตีโอมิกส์เข้าด้วยกัน

Key figures

• Conrad Schoch
• Keith Seifert
• Jeannette Guarner
• Donna Wolk

Seminal works

• schoch-2012
• clark-2013
• hibbett-2007

Frequently asked questions

เหตุใดจึงใช้บริเวณ ITS เป็น DNA barcode ของเชื้อรา?

การเปรียบเทียบขนาดใหญ่จากหลายห้องปฏิบัติการพบว่าบริเวณ internal transcribed spacer (ITS) มีความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างการเพิ่มปริมาณที่เชื่อถือได้และความละเอียดในระดับสปีชีส์ทั่วทั้งอาณาจักรเชื้อรา ซึ่งนำไปสู่การยอมรับให้เป็นบาร์โค้ดสากลของเชื้อรา

การระบุชนิดทางโมเลกุลได้เข้ามาแทนที่สัณฐานวิทยาแล้วหรือไม่?

ไม่ สัณฐานวิทยา การเพาะเลี้ยง DNA barcoding และ mass spectrometry เป็นวิธีการที่เสริมซึ่งกันและกัน ห้องปฏิบัติการหลายแห่งใช้วิธีการแบบ polyphasic โดยเลือกการผสมผสานที่เหมาะสมที่สุดกับสิ่งมีชีวิตและบริบททางคลินิกหรือสิ่งแวดล้อม