Định danh và Đặc điểm hóa vi khuẩn

Định danh và đặc điểm hóa vi khuẩn là tập hợp các phương pháp xét nghiệm được sử dụng để phân lập vi khuẩn từ mẫu bệnh phẩm lâm sàng và xác định danh tính của chúng – chi và loài, và khi cần thiết là chủng – để kết quả có thể hỗ trợ chẩn đoán, lựa chọn điều trị và giám sát. Các phòng thí nghiệm hiện đại kết hợp các phương pháp sinh hóa và nuôi cấy truyền thống với định danh protein bằng khối phổ và giải trình tự axit nucleic.

Definition

Định danh vi khuẩn là quá trình xét nghiệm xác định chi và loài (và, khi cần thiết, chủng hoặc kiểu) của một vi khuẩn được phân lập hoặc phát hiện trong mẫu bệnh phẩm lâm sàng, sử dụng các phương pháp kiểu hình, protein và kiểu gen.

Scope

Mục này bao gồm phân lập sơ cấp và kính hiển vi, định danh kiểu hình bằng nuôi cấy và phản ứng sinh hóa, định danh protein bằng khối phổ MALDI-TOF, và định danh kiểu gen bằng giải trình tự gen, cùng với sự phân biệt giữa định danh (đặt tên sinh vật) và đặc điểm hóa (phân loại và xác định đặc tính). Mục này coi đây là các phương pháp xét nghiệm chứ không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Loài vi khuẩn nào có mặt trong mẫu bệnh phẩm này, và việc phân lập nó có ý nghĩa lâm sàng không?
• Phương pháp định danh nào – nuôi cấy và sinh hóa, khối phổ MALDI-TOF, hay giải trình tự gen – phù hợp cho sinh vật này?
• Các sinh vật được đặc điểm hóa như thế nào ngoài cấp độ loài, ví dụ bằng cách phân loại để điều tra dịch bệnh?
• Giới hạn của mỗi phương pháp về tốc độ, độ chính xác và khả năng phân giải các loài có quan hệ gần gũi là gì?

Key concepts

• Phân lập sơ cấp và nuôi cấy thuần khiết
• Nhuộm Gram và hình thái khuẩn lạc
• Định hình sinh hóa và kiểu hình
• Định danh bằng khối phổ MALDI-TOF
• Giải trình tự 16S rRNA và các gen khác
• Định danh so với đặc điểm hóa (phân loại)
• Cơ sở dữ liệu tham chiếu và so khớp phổ
• Thời gian quay vòng

Mechanisms

Định danh thông thường bắt đầu bằng việc phân lập một nuôi cấy thuần khiết, sau đó đọc sự phát triển trên môi trường chọn lọc và phân biệt, hình thái nhuộm Gram, và một bảng các phản ứng sinh hóa để gán sinh vật vào một loài. Định danh protein bằng khối phổ MALDI-TOF thay vào đó ion hóa protein từ một khuẩn lạc và so khớp phổ khối thu được – chủ yếu là các protein ribosome phong phú – với một cơ sở dữ liệu tham chiếu, cho kết quả định danh ở cấp độ loài trong vài phút sau khi có phân lập; phương pháp này đã thay đổi đáng kể quy trình làm việc thường quy của phòng thí nghiệm (Clark et al., 2013). Định danh kiểu gen giải trình tự các gen bảo tồn như 16S rRNA hoặc sử dụng các phương pháp axit nucleic rộng hơn, cho phép định danh trực tiếp từ mẫu bệnh phẩm hoặc các sinh vật phát triển kém (Espy et al., 2006). Mỗi phương pháp đều có sự đánh đổi về tốc độ, chi phí và khả năng phân biệt, và việc định danh nhanh hơn đã được liên kết với nỗ lực rộng lớn hơn nhằm cải thiện chẩn đoán bệnh truyền nhiễm (Caliendo et al., 2013).

Clinical relevance

Định danh chính xác sinh vật là điểm khởi đầu cho lập luận lâm sàng về một bệnh nhiễm trùng và để lựa chọn các xét nghiệm nhạy cảm cần thực hiện. Mục này mô tả cách thức định danh được thực hiện và những hạn chế của nó; đây là tài liệu tham khảo và không quy định cách một kết quả cụ thể nên thay đổi việc chăm sóc bệnh nhân cá nhân như thế nào.

Epidemiology

Ngoài việc đặt tên một sinh vật, các phương pháp đặc điểm hóa và phân loại hỗ trợ điều tra và giám sát dịch bệnh bằng cách xác định xem các phân lập từ các bệnh nhân khác nhau có liên quan với nhau hay không. Sự chuyển đổi sang khối phổ và các phương pháp phân tử là một phần của nỗ lực rộng lớn hơn nhằm làm cho việc phát hiện mầm bệnh nhanh hơn và cung cấp nhiều thông tin hơn (Caliendo et al., 2013).

History

Trong phần lớn thế kỷ XX, việc định danh vi khuẩn dựa vào nuôi cấy, nhuộm và định kiểu hình sinh hóa. Việc đưa giải trình tự axit nucleic và sau đó là khối phổ MALDI-TOF vào các phòng thí nghiệm thường quy đã thay đổi cả tốc độ và phạm vi định danh, đặc biệt khối phổ được mô tả là một sự thay đổi cơ bản trong thực hành thường quy (Clark et al., 2013) và khuếch đại phân tử mở rộng những gì có thể được phát hiện trực tiếp từ mẫu bệnh phẩm (Espy et al., 2006).

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa định danh và đặc điểm hóa vi khuẩn là gì?

Định danh đặt tên sinh vật theo chi và loài; đặc điểm hóa đi xa hơn để xác định các đặc tính hoặc phân loại chủng – ví dụ để biết liệu các phân lập từ các bệnh nhân khác nhau có thuộc cùng một đợt dịch hay không.

Tại sao khối phổ trở nên phổ biến trong định danh vi khuẩn?

Khối phổ MALDI-TOF có thể định danh nhiều vi khuẩn đến cấp độ loài trong vòng vài phút sau khi có phân lập bằng cách so khớp phổ khối protein của sinh vật với một cơ sở dữ liệu tham chiếu, điều này làm cho việc định danh thường quy nhanh hơn nhiều so với các bảng sinh hóa truyền thống (Clark et al., 2013).