加快抗菌药物耐药性检测的分子诊断

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加快抗菌药物耐药性检测的分子诊断

随着时间的推移,由于抗生素的过度使用或滥用,微生物可能获得对抗菌药物的遗传耐药性,使普通的感染也变得难以治疗,且有可能危及生命。近年来,多重耐药性(MDR)病原体已成为人们关注的主要健康问题之一,全球范围内因抗菌药物耐药性(AMR)而导致的发病率和死亡率迅速上升。因此,如今诊断的重点是快速、准确地识别耐药性,以避免在疾病诊疗初期就施以不适合的抗生素处方,从而提高治疗成功率并改善患者的预后。

抗菌药敏试验的传统方法

最小抑菌浓度(MIC)检测通常用于测定病原体对抗菌药物的敏感性,可使用肉汤稀释法、琼脂稀释法、抗菌药物梯度或纸片扩散法来确定。这篇关于抗菌药敏的博客文章对此进行了更详细的解释。虽然这些表型技术的确各有优势,但也存在着诸多劣势。例如,它们包含繁琐、耗时且容易出错的手动移液步骤。这大大减慢了实验室工作流程,导致周转时间过长。

相较于手动进行MIC检测,INTEGRA Biosciences的自动化移液平台系列能够显著加快这些费力的移液过程,实现更高的通量,更快地得到结果。我们的应用纪要“自动化最小抑菌浓度检测”着重介绍了肉汤稀释方法,并为此提供了深入的指南,旨在使用ASSIST PLUS移液工作站配合VOYAGER可调枪头间距移液器来自动执行转移和混合步骤,同时保持一致的移液高度、速度和混合参数,以获得准确、精密且可重复的结果。进一步了解用于MIC检测中连续稀释的INTEGRA无人值守移液解决方案

96 well plate showing minimal inhibitory concentration testing results
注释:MIC检测结果,八种不同的抗菌化合物对同一种细菌接种物的抑菌测试,设有生长和无菌对照组。随后测定每个孔的光密度以确定细菌生长的水平。每种化合物的MIC则被定义为无细菌生长的最低浓度。

分子诊断——对抗抗菌药物耐药性的新策略

分子诊断技术正在逐渐成为识别病原体身份及其耐药机制的首选工具,无论是作为一种替代方法还是作为传统方法的补充。基因型检测往往比经典的基于培养的试验更精准。由于不需要分离和培养病原体,该方法的速度也更快,一小时内即可出具结果。

基因型方法可以直接检测特异性抗性基因,以及任何可能出现的新型突变(表 1),通常可以分为以下三类:基于扩增、基于测序或基于杂交的方法。我们将详细探讨前两种方法,即基于扩增的方法和基于测序的方法。

多重耐药生物

遗传抗性标志物

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) mecA

超广谱β -内酰胺酶 (ESBLs):

大肠杆菌和肺炎克雷伯菌

blaTEM

blaSHV

blaCTX-M

耐碳青霉烯肠杆菌 (CRE):

大肠埃希氏杆菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌复合群、肺炎克雷伯菌和产酸克雷伯氏菌

blaKPC

blaOXA-48-like

blaNDM

blaIMP

blaVIM

耐万古霉素肠球菌 (VRE) :

粪肠球菌和屎肠球菌

vanA

vanB

多重耐药性结核病 (MDR-TB):

结核分枝杆菌复合群

katG

inhA

rpoB

表1:常见MDR病原体及其遗传抗性标志物举例

基于扩增的技术

这种方法的典型例子之一就是常用的核酸扩增技术(NAAT),即将靶基因序列扩增至足以被检测的水平。应用最为广泛的NAAT方法是聚合酶链式反应(PCR)。实时PCR(或qPCR)可快速获得定量的靶向特异性结果,这对于即时检测场景中的MDR病原体检测非常有帮助,多重通道可用于同时识别多个遗传抗性标志物。

在NAAT工作流程中,有多个阶段都非常适合利用多通道移液器或自动化来提高通量。我们提供了多种用于提高NAAT工作流程通量的解决方案,例如,MINI 96便携式电动移液器能够一次并行添加96个样品或试剂,快速完成样品提取和qPCR体系构建。另外,ASSIST PLUS移液工作站可实现核酸提取过程的自动化,使用户能够始终如一地从样品中获得高质量的DNA材料。事实上,整个PCR样品制备工作流程都可以在ASSIST PLUS移液工作站上自动完成,从而进一步节省手动处理时间并提高整体实验室的通量。

The MINI 96 portable pipette during reagent transfer
注释:使用MINI 96便携式移液器可同步处理多达96个样品,实现快速的样品提取。

采用基于测序的方法

某些遗传抗性标志物可能因其序列高度变异而无法通过qPCR分析来识别。因此,必须对qPCR产物进行纯化,以便通过经典(或Sanger)测序分析进一步测序。幸运的是,INTEGRA的一系列解决方案能够轻松满足这种可能性。例如,VIAFLO 96手持式电动移液器可用于加快这些额外的纯化步骤,获得更可靠的结果并节省大量的时间。然而,由于Sanger测序一次只能针对一个抗性基因,所以近年来另一种基于测序的方法逐渐普及开来——二代测序(NGS)。

Semi-automated PCR purification using the VIAFLO 96 handheld electronic pipette
注释:使用QIAGEN QIAquick® PCR纯化试剂盒和具有双工位平台的VIAFLO 96手持式电动移液器进行半自动化的PCR纯化。QIAvac与INTEGRA的自动化支持型试剂储液槽并排放置在VIAFLO 96上。

NGS可提供更高的通量,可以是扩增子特异性(速度更快)或全基因组测序(称为深度测序)。NGS方法非常灵敏且所使用的液体量非常少,因此准确的移液至关重要。然而,冗长的移液流程也可能耗尽工作人员的精力并带来不适,这就使得大批量液体处理步骤的自动化成为了现代实验室的必要条件。很多与测序相关的繁琐任务(例如混样和阳性样本挑取)都可以通过ASSIST PLUS移液工作站和D-ONE单通道移液模块来实现完全的自动化,从而提高实验室的效率和结果的可重复性。相同的装置组合也可轻松完成DNA文库的均一化。这些创新且符合人体工程学的产品还有助于尽可能地减少人为错误和身体劳损,并降低有害微生物的暴露风险,这无疑是AST工作的重中之重。

The ASSIST PLUS pipetting robot operating a D-ONE single channel pipetting module
注释:ASSIST PLUS移液工作站操纵D-ONE单通道移液模块自动执行NGS文库均一化,产出高度精准的测序结果。

战胜MDR生物

新抗生素的开发需要很长时间,因此临床医生必须谨慎地使用目前可用的抗生素。MDR病原体的快速检测将有助于尽早将对患者的治疗引入正途,加快他们的康复并增加良好预后的机会。借助稳健可靠的高质量移液平台来实现自动化是快速识别抗菌药物耐药性的关键,而这也恰恰使得INTEGRA的一系列创新产品成为了这场持久战斗中的重要投资。