Định danh vi khuẩn và Định kiểu phân tử

Định danh vi khuẩn và định kiểu phân tử bao gồm các phương pháp được sử dụng để xác định loài vi khuẩn mà một chủng phân lập thuộc về và, ngoài loài, để phân biệt các chủng nhằm điều tra dịch bệnh và giám sát. Nó bao gồm từ việc giải trình tự các gen chỉ thị được bảo tồn và đối sánh hồ sơ protein đến định kiểu chủng dựa trên cắt giới hạn và trình tự.

Definition

Định danh vi khuẩn gán một chủng phân lập vào một nhóm phân loại bằng cách sử dụng các dấu hiệu phân tử hoặc hồ sơ protein, trong khi định kiểu phân tử phân biệt giữa các chủng phân lập cùng loài để đánh giá mối quan hệ của chúng cho mục đích dịch tễ học.

Scope

Chủ đề này đề cập đến định danh dựa trên trình tự (đặc biệt là giải trình tự gen 16S rRNA), định danh proteomic bằng khối phổ MALDI-TOF, và các phương pháp định kiểu chủng phân tử như điện di trường xung và, ngày càng tăng, định kiểu toàn bộ bộ gen. Nó được trình bày như một chủ đề phòng thí nghiệm và tham khảo, không phải là hướng dẫn điều trị.

Core questions

• Chủng phân lập này thuộc loài hoặc chi nào, và các dấu hiệu phân tử có thể giải quyết nó một cách tự tin đến mức nào?
• Hai hoặc nhiều chủng phân lập có phải là cùng một chủng không, và ngưỡng tương đồng nào định nghĩa mối quan hệ?
• Phương pháp định kiểu nào cung cấp khả năng phân biệt và khả năng tái tạo phù hợp với câu hỏi?

Key concepts

• Giải trình tự gen 16S rRNA
• Định hình khối phổ MALDI-TOF
• Điện di trường xung (PFGE)
• Định kiểu trình tự đa locus (MLST)
• Định kiểu trình tự toàn bộ bộ gen
• Khả năng phân biệt và khả năng tái tạo
• Tiêu chí mối quan hệ chủng

Mechanisms

Định danh loài có thể dựa vào việc khuếch đại và giải trình tự gen 16S rRNA, với các vùng bảo tồn và biến đổi của nó cho phép phân loại hầu hết các vi khuẩn có liên quan lâm sàng, với những hạn chế khi các loài có quan hệ gần gũi chia sẻ các trình tự gần như giống hệt nhau (Patel, 2001). Khối phổ MALDI-TOF thay vào đó định danh các sinh vật bằng cách đối sánh phổ khối protein đặc trưng của chúng với các cơ sở dữ liệu tham chiếu, cung cấp định danh nhanh chóng từ các khuẩn lạc (Greub, 2010). Để phân biệt ở cấp độ chủng, điện di trường xung so sánh các mẫu mảnh cắt giới hạn nhiễm sắc thể, với các tiêu chí tiêu chuẩn hóa xác định khi nào các chủng phân lập được coi là không thể phân biệt, có quan hệ gần gũi hoặc khác biệt (Tenover, 1995). Giải trình tự toàn bộ bộ gen hiện cho phép định kiểu độ phân giải cao hơn và ngày càng được sử dụng để giám sát và tái tạo dịch bệnh (Deng et al., 2016).

Clinical relevance

Định danh và định kiểu chính xác mô tả cách các phòng thí nghiệm đặt tên sinh vật và liên kết các chủng phân lập có liên quan, hỗ trợ giám sát phòng ngừa nhiễm trùng, phát hiện dịch bệnh và báo cáo. Chủ đề này giải thích cách bằng chứng này được tạo ra và không cung cấp các khuyến nghị chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân hóa.

Epidemiology

Định kiểu phân tử là trọng tâm của dịch tễ học phân tử: so sánh các chủng giữa các bệnh nhân, khoa hoặc nguồn thực phẩm giúp xác định xem các trường hợp có chung một nguồn hay không. Các phương pháp dựa trên toàn bộ bộ gen đã trở thành một công cụ chính để giám sát và điều tra dịch bệnh của các tác nhân gây bệnh từ thực phẩm và liên quan đến chăm sóc sức khỏe (Deng et al., 2016).

Evidence & guidelines

Việc giải thích định kiểu chủng từ lâu đã được hướng dẫn bởi các tiêu chí đồng thuận chuyên gia, tiêu chuẩn hóa để đọc các mẫu cắt giới hạn (Tenover, 1995). Hiệu suất định danh và định kiểu, quản lý cơ sở dữ liệu và các tiêu chuẩn chất lượng được thiết lập bởi các tổ chức chuyên nghiệp và nhà sản xuất xét nghiệm và không được tái tạo ở đây.

History

Định danh dựa trên trình tự trở nên khả thi khi PCR và giải trình tự gen 16S rRNA được đưa vào các phòng thí nghiệm lâm sàng (Patel, 2001), trong khi định kiểu chủng có thể tái tạo được mã hóa thông qua các tiêu chí đồng thuận để giải thích các mẫu PFGE (Tenover, 1995). Khối phổ MALDI-TOF sau đó đã thay đổi việc định danh thường quy bằng cách rút ngắn đáng kể thời gian thực hiện (Greub, 2010), và giải trình tự toàn bộ bộ gen đã mở rộng định kiểu đến độ phân giải nucleotide đơn (Deng et al., 2016).

Debates

Mối quan hệ chủng nên được định nghĩa như thế nào?

Các tiêu chí mẫu băng cung cấp các loại mối quan hệ có thể tái tạo nhưng thô, trong khi các phương pháp toàn bộ bộ gen cung cấp độ phân giải tốt hơn; lĩnh vực này tiếp tục đàm phán các ngưỡng và cách so sánh kết quả giữa các phương pháp và phòng thí nghiệm.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Khi nào giải trình tự 16S rRNA hữu ích nhất?

Nó đặc biệt hữu ích cho các sinh vật khó định danh bằng các phương pháp kiểu hình hoặc phát triển chậm, mặc dù nó có thể không phân biệt được các loài có quan hệ rất gần gũi mà trình tự 16S của chúng gần như giống hệt nhau.

Tại sao phải định kiểu vi khuẩn ngoài việc định danh loài?

Định kiểu phân biệt giữa các chủng phân lập cùng loài để xác định xem chúng có phải là một phần của cùng một chuỗi lây truyền hay không, điều này rất cần thiết cho việc điều tra dịch bệnh và giám sát kiểm soát nhiễm trùng.