พยาธิวิทยาโมเลกุลของจุลชีพ
พยาธิวิทยาโมเลกุลของจุลชีพคือการประยุกต์ใช้วิธีการทางห้องปฏิบัติการที่อาศัยกรดนิวคลีอิกและโปรตีนเพื่อตรวจหา ระบุ จำแนกลักษณะ และติดตามเชื้อก่อโรค ได้แก่ แบคทีเรีย ไวรัส เชื้อรา และปรสิต รวมถึงปัจจัยทางพันธุกรรมที่ควบคุมความรุนแรงและการดื้อยาของเชื้อเหล่านั้น สาขาวิชานี้อยู่ตรงกลางระหว่างจุลชีววิทยาคลินิกและการวินิจฉัยระดับโมเลกุล โดยเสริมการเพาะเลี้ยงเชื้อและการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยข้อมูลระดับลำดับพันธุกรรม
Definition
พยาธิวิทยาโมเลกุลของจุลชีพคือสาขาหนึ่งของเวชศาสตร์ห้องปฏิบัติการที่ใช้เทคนิคระดับโมเลกุล ได้แก่ การเพิ่มปริมาณกรดนิวคลีอิก การหาลำดับ การผสมข้ามสาย และการวิเคราะห์โปรไฟล์ด้วยแมสสเปกโทรเมตรี เพื่อระบุเชื้อก่อโรค จำแนกลักษณะจีโนมของเชื้อ และอนุมานข้อมูลทางระบาดวิทยาและการดื้อยา
Scope
สาขาวิชานี้จะแนะนำผู้อ่านให้รู้จักกับแนวทางระดับโมเลกุลที่ใช้ในการวินิจฉัยทางจุลชีววิทยา ได้แก่ การเพิ่มปริมาณและการหาลำดับยีนเครื่องหมายที่อนุรักษ์ไว้เพื่อระบุชนิดของสิ่งมีชีวิต การหาจีโนไทป์และการวิเคราะห์สายวิวัฒนาการเพื่อติดตามการระบาดและวิวัฒนาการ การตรวจหายีนดื้อยา การวินิจฉัยโรคเชื้อราและปรสิตในระดับโมเลกุล และกลยุทธ์เมทาจีโนมิกส์และการหาลำดับจีโนมทั้งหมดที่ไม่ต้องอาศัยการเพาะเลี้ยงเชื้อ โดยจะนำเสนอหัวข้อเหล่านี้ในฐานะหัวข้อทางห้องปฏิบัติการและอ้างอิง มากกว่าที่จะเป็นคำแนะนำในการจัดการผู้ป่วยข้างเตียง
Sub-topics
Core questions
- มีสิ่งมีชีวิตชนิดใดอยู่ และสามารถระบุชนิดหรือสายพันธุ์ได้ด้วยเครื่องหมายโมเลกุลในระดับใด?
- สิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องเชื่อมโยงกันในการแพร่เชื้ออย่างไร และสายวิวัฒนาการเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของพวกมัน?
- มีการเข้ารหัสปัจจัยกำหนดการดื้อยาและความรุนแรงใดบ้าง และปัจจัยเหล่านั้นเคลื่อนที่ได้มากน้อยเพียงใด?
- เมื่อใดที่ควรเลือกใช้วิธีการที่ไม่ต้องอาศัยการเพาะเลี้ยงเชื้อ (เมทาจีโนมิกส์หรือจีโนมทั้งหมด) แทนการทดสอบแบบจำเพาะเจาะจง?
Key concepts
- ยีนเครื่องหมายที่อนุรักษ์ไว้ (16S rRNA, ITS) เป็นเป้าหมายในการระบุชนิด
- การทดสอบการเพิ่มปริมาณกรดนิวคลีอิก (PCR และรูปแบบต่างๆ)
- การหาจีโนไทป์และการพิมพ์ดีเอ็นเอของสายพันธุ์ระดับโมเลกุล
- การอนุมานสายวิวัฒนาการและระบาดวิทยาโมเลกุล
- การตรวจหาการดื้อยาทางพันธุกรรม
- การวินิจฉัยที่ไม่ต้องอาศัยการเพาะเลี้ยงเชื้อ
- การหาลำดับจีโนมทั้งหมดและเมทาจีโนมิกส์
Mechanisms
วิธีการทางจุลชีววิทยาระดับโมเลกุลใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของลำดับพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิต ยีนเครื่องหมายที่อนุรักษ์ไว้แต่มีความแปรผัน เช่น ยีน 16S rRNA ของแบคทีเรีย และบริเวณ internal transcribed spacer (ITS) ของเชื้อรา สามารถเพิ่มปริมาณและหาลำดับเพื่อจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตทางอนุกรมวิธานได้ (Patel, 2001) การจำแนกความแตกต่างในระดับสายพันธุ์ใช้การจัดกลุ่มหรือการพิมพ์ดีเอ็นเอแบบอาศัยลำดับเพื่อตัดสินว่าสิ่งมีชีวิตมีความสัมพันธ์กันหรือไม่ (Tenover, 1995) การเปรียบเทียบลำดับพันธุกรรมระหว่างตัวอย่างช่วยให้สามารถสร้างสายวิวัฒนาการของการวิวัฒนาการและการแพร่กระจายของเชื้อก่อโรคได้ (Pybus & Rambaut, 2009) การหาลำดับเมทาจีโนมิกส์ที่ไม่ต้องอาศัยการเพาะเลี้ยงเชื้อจะอ่านกรดนิวคลีอิกโดยตรงจากวัสดุทางคลินิก ซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถตรวจหาสิ่งมีชีวิตใดๆ ที่มีอยู่ได้โดยไม่ต้องมีความรู้ล่วงหน้าว่าจะต้องมองหาอะไร (Miller & Chiu, 2020)
Clinical relevance
วิธีการทางโมเลกุลอธิบายว่าห้องปฏิบัติการสมัยใหม่ระบุเชื้อก่อโรค ตรวจหาปัจจัยกำหนดการดื้อยา และสร้างการแพร่เชื้อขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร ซึ่งเป็นพื้นฐานของการรายงานผลการวินิจฉัย การเฝ้าระวังการป้องกันการติดเชื้อ และการบริหารจัดการยาต้านจุลชีพในระดับระบบ บทความนี้อธิบายว่าหลักฐานดังกล่าวถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร และไม่ใช่คู่มือสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาผู้ป่วยรายบุคคล
Evidence & guidelines
วิธีการที่สรุปไว้ในที่นี้อ้างอิงจากวรรณกรรมด้านการวินิจฉัยและระเบียบวิธีวิจัยในจุลชีววิทยาคลินิก รวมถึงเกณฑ์มาตรฐานสำหรับการตีความรูปแบบการพิมพ์ดีเอ็นเอของสายพันธุ์ (Tenover, 1995) และบทวิจารณ์ที่พิจารณาบทบาททางคลินิกของการหาลำดับเมทาจีโนมิกส์ (Miller & Chiu, 2020) ประสิทธิภาพของการทดสอบและมาตรฐานการรายงานเฉพาะกำหนดโดยองค์กรวิชาชีพและหน่วยงานกำกับดูแล และไม่ได้นำเสนอซ้ำในที่นี้
History
จุลชีววิทยาระดับโมเลกุลเติบโตจากการแพร่หลายของ PCR และการหาลำดับ DNA ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ซึ่งทำให้การระบุยีนที่อนุรักษ์ไว้ (Patel, 2001) และการพิมพ์ดีเอ็นเอของสายพันธุ์ระดับโมเลกุลที่ทำซ้ำได้ (Tenover, 1995) กลายเป็นเรื่องปกติ การพัฒนาของการหาลำดับแบบปริมาณมาก (high-throughput sequencing) ได้ขยายขอบเขตของสาขาวิชานี้ไปสู่แนวทางจีโนมทั้งหมดและเมทาจีโนมิกส์ที่อ่านจีโนมของเชื้อก่อโรคโดยตรงจากตัวอย่างทางคลินิก (Miller & Chiu, 2020)
Related topics
Seminal works
- patel-2001
- tenover-1995
- pybus-2009
Frequently asked questions
- พยาธิวิทยาโมเลกุลของจุลชีพแตกต่างจากจุลชีววิทยาคลินิกแบบดั้งเดิมอย่างไร?
- จุลชีววิทยาแบบดั้งเดิมอาศัยการเพาะเลี้ยงเชื้อ การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ และการทดสอบฟีโนไทป์ ในขณะที่พยาธิวิทยาโมเลกุลเพิ่มวิธีการที่อาศัยกรดนิวคลีอิกและลำดับพันธุกรรม ซึ่งสามารถระบุและจำแนกลักษณะของสิ่งมีชีวิต รวมถึงสิ่งมีชีวิตที่เจริญเติบโตได้ไม่ดีหรือไม่เจริญเติบโตเลยในการเพาะเลี้ยงเชื้อ
- วิธีการทางโมเลกุลเข้ามาแทนที่การเพาะเลี้ยงเชื้อหรือไม่?
- ไม่ทั้งหมด วิธีการทางโมเลกุลและวิธีการเพาะเลี้ยงเชื้อส่วนใหญ่มักจะเสริมซึ่งกันและกัน การเพาะเลี้ยงเชื้อยังคงมีความสำคัญสำหรับการทดสอบความไวต่อยาแบบฟีโนไทป์และการแยกเชื้อ ในขณะที่วิธีการทางโมเลกุลช่วยเพิ่มความรวดเร็ว การระบุชนิดในระดับลำดับพันธุกรรม และการตรวจหาปัจจัยกำหนดการดื้อยา