肠杆菌目细菌对碳青霉烯类耐药检测的方法学研究

作者:雷静 刘泽世 高兴辉 汤一苇 耿燕
2021-12-16

【摘要】碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌(Carbapenem-resistant Enterobacterales,CRE)感染在国内迅速蔓延,临床实验室及时检测CRE对院感防控至关重要。在CRE中,产碳青霉烯酶是主要的耐药机制。最常见的碳青霉烯酶组包括KPC、NDM、IMP、VIM和OXA-48。目前CRE的实验室检测包括表型检测和基因型检测。表型检测方法包括检测特异的碳青霉烯酶抑制剂对碳青霉烯酶的抑制作用,通过碳青霉烯酶对碳青霉烯类药物的水解作用来检测碳青霉烯酶的活性,通过添加不同的显色底物和抑制剂筛选出有色CRE菌落,或者利用抗体检测特异性碳青霉烯酶的免疫层析方法。基因型检测是检测能够编码碳青霉烯酶DNA序列,被认为是碳青霉烯酶基因鉴定的金标准,其主要检测方法包括靶向基因检测和二代测序检测。本文回顾性综述碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌检测及鉴定现状。


【关键词】碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌;表型检测;基因型检测;鉴定


自1985年第一种碳青霉烯类抗菌药物亚胺培南问世以来,包括亚胺培南、美罗培南和厄他培南等在内的碳青霉烯类抗菌药物,其具有抗菌谱广、对大多数β-内酰胺酶稳定、不易被水解、不良反应相对较少的特点,是治疗严重革兰阴性杆菌感染的最有效的抗菌药物之一。然而,在抗生素滥用问题日益严峻的今天,碳青霉烯类抗菌药物也无法避免出现耐药危机,碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌(Carbapenem-resistant Enterobacterales,CRE)的出现,无疑使临床抗感染治疗陷于无药可用的境地,在WHO的新抗生素研发优先级列表中,CRE被列为最优先等级[1]。CHINET中国细菌耐药监测网年度报告(2021上)最新数据显示,肺炎克雷伯菌对亚胺培南和美罗培南的耐药率从2005年3.0%和2.9%持续上升至2018年的25%和26.3%,虽然2019年和2020年有所下降,但2021年上半年的耐药率仍继续呈上升趋势[2]。研究发现,97.4%的CRE菌株产生碳青霉烯酶,产碳青霉烯酶是导致CRE耐药和院内感染暴发的最主要原因,这些碳青霉烯酶编码基因通常位于可移动基因元件上,可在不同菌株间传播[3]。CRE耐药问题不容小觑,尤其是产碳青霉烯酶肠杆菌目细菌,早期快速、准确地检测产碳青霉烯酶菌株是遏制其传播的关键,也是进行最佳经验性治疗的方法。


一、CRE定义

2020年,美国临床和实验室标准协会(CLSI)将肠杆菌科细菌重新组织为肠杆菌目细菌,其包括七个科:肠杆菌科、欧文菌科、耶尔森菌科、哈夫尼亚菌科、摩根菌科、溶果胶菌科和布杰约维采菌科[4]。根据美国疾病预防控制中心(CDC)对CRE的定义,当肠杆菌目细菌满足以下任意条件,即为CRE:①肠杆菌目细菌对亚胺培南、美罗培南、厄他培南或多利培南任何一种碳青霉烯类抗菌药物不敏感(包括中介和耐药);对亚胺培南天然敏感性降低的细菌(如摩根菌属、变形杆菌属和普罗威登菌属等),需参考除亚胺培南外的其他碳青霉烯类抗菌药物的药敏结果;②产生碳青霉烯酶[5]


二、CRE耐药机制

CRE主要的耐药机制包括4种[6-10]:①产生碳青霉烯酶;②外膜孔蛋白表达下调或缺失合并AmpC酶或超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)的表达介导高水平的耐药表型;③外排泵系统过度表达;④PBPs结构突变。产碳青霉烯酶是CRE最主要的机制[11, 12],根据Ambler分子分类方法,可将碳青霉烯酶分为A类和D类丝氨酸酶、B类金属β-内酰胺酶以及C类氨苄青霉素酶(AmpC),C类酶活性较弱,与其他耐药机制协同作用可产生高水平耐药(表1)。肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(KPC-class A)、新德里金属β-内酰胺酶(NDM-class B)、维罗纳整合子编码金属β-内酰胺酶(VIM-class B)、亚胺培南金属β-内酰胺酶(IMP-class B)以及苯唑西林酶48型(OXA-48-class D)是最常见的碳青霉烯酶[13]


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三、CRE表型检测方法(表2

1. 纸片扩散法(K-B)初筛试验:K-B法操作简单、花费低廉,是定性药敏试验的基本方法,适合所有微生物实验室开展。2015年美国CDC将对亚胺培南、美罗培南、厄他培南或多利培南其中之一不敏感作为碳青霉烯类药物耐药肠杆菌目细菌的一种筛选方法,可以直接反映细菌的耐药性。


2. Carba NP试验:Carba NP试验是2015年由CLSI提出的对产碳青霉烯酶肠杆菌目细菌和铜绿假单胞菌的一种检测方法。其原理为碳青霉烯酶水解亚胺培南产酸,通过溶液PH改变使指示剂酚红发生颜色变化从而进行结果判读[14]。据研究报道,Carba NP试验检测肠杆菌目细菌和铜绿假单胞菌产KPC、NDM、VIM、IMP型等碳青霉烯酶的灵敏度和特异度均>93%,但由于OXA-48型具有较弱的碳青霉烯酶活性或相应基因的低水平表达,OXA-48型碳青霉烯酶检测结果具有较高的假阴性,因此,Carba NP试验在OXA-48型高流行区域(如土耳其和其他中东地区以及北非地区)不具有检测优势[15-18]


Carba NP试验操作简单,成本低,阴性预测值高,适合所有临床微生物实验室开展,可在2小时内得出结果,很大程度上缩短了临床标本周转时间,但因某些特殊试剂有效期短(需自制),对某些类型碳青霉烯酶(如染色体介导OXA型)无法检测以及一些分离株的检测结果无效而受到限制,目前CLSI并不推荐常规开展Carba NP试验。值得注意的是,Carba NP试验结果受接种培养基的影响,进行Carba NP试验应选用非选择性培养基进行菌株培养,研究表明,使用麦康凯和显色培养基孵育产碳青霉烯酶菌株时,携带VIM型或OXA-48单一酶型肠杆菌目细菌存在假阴性结果,而使用MH平板孵育产碳青霉烯酶肠杆菌目细菌时,当菌株同时存在OXA-48型和NDM/VIM型碳青霉烯酶时,结果存在假阴性[15, 19]


3. 改良碳青霉烯酶灭活试验:2017年,CLSI提出改良碳青霉烯酶灭活试验(mCIM)用于检测产碳青霉烯酶肠杆菌目细菌和铜绿假单胞菌,2018年,在mCIM试验的基础上增加了EDTA改良碳青霉烯酶灭活试验(eCIM),eCIM需与mCIM试验同时进行,且只有当mCIM结果阳性时才能对eCIM结果进行解释,eCIM试验可进一步区分肠杆菌目细菌产碳青霉烯酶类型(金属β-内酰胺酶或丝氨酸碳青霉烯酶)。mCIM和eCIM试验原理是:产碳青霉烯酶的待测菌悬液与美罗培南纸片混合孵育,其可破坏美罗培南活性而不能完全或部分抑制美罗培南敏感大肠埃希菌ATCC25922的生长。由于EDTA可抑制金属β-内酰胺酶活性,可进一步区分金属β-内酰胺酶和丝氨酸碳青霉烯酶。


研究表明,mCIM检测产碳青霉烯酶菌株(肠杆菌目细菌和铜绿假单胞菌)的灵敏度和特异度均>98.7%[20, 21];eCIM区分肠杆菌目细菌中的丝氨酸碳青霉烯酶的敏感度>89.5%,特异度为100%,筛选金属β-内酰胺酶的敏感度>85.7%,特异度>94.4%,若待测菌株同时存在丝氨酸碳青霉烯和金属β-内酰胺酶,eCIM对金属β-内酰胺酶的检测灵敏度会有所降低,出现假阴性结果[11, 22, 23]。mCIM和eCIM试验虽需过夜培养,但具有操作简单,无需特殊试剂或培养基,敏感性高等特性,适合所有临床微生物实验室进行常规检测。


4. 碳青霉烯酶抑制剂增强试验:根据3-氨基苯硼酸(APB)和乙二胺四乙酸(EDTA)可分别抑制丝氨酸碳青霉烯酶和金属β-内酰胺酶活性的特点,比较碳青霉烯类药物纸片添加抑制剂(APB和EDTA)和未添加抑制剂后抑菌圈的大小,可判断并区分肠杆菌目细菌产酶类型:单产丝氨酸碳青霉烯酶、单产金属β-内酰胺酶或者同时产丝氨酸碳青霉烯酶和金属β-内酰胺酶[24, 25]。研究显示,碳青霉烯酶抑制剂增强试验检测单一酶型菌株(丝氨酸碳青霉烯酶或金属β-内酰胺酶)的灵敏度为100%,特异度>98.8%,检测同时产丝氨酸碳青霉烯酶和金属β-内酰胺酶菌株的灵敏度为96.8%,特异度为100%[26]。本方法虽需特殊试剂,过夜培养耗时长,且无法检测OXA型碳青霉烯酶,但操作简单,灵敏度高,可区分菌株单产或同时产碳青霉烯酶类型,适合所有临床微生物实验室进行常规检测。


5. 显色培养基:目前,显色培养基广泛应用于临床微生物的鉴别诊断,其原理为特定细菌产生的特异性酶裂解不同的显色底物,使目标细菌生长成有色菌落,由于添加抗菌药物或其他抑制剂,非目标性细菌生长受限从而筛选出目标细菌[31]。近年来,不同厂家针对耐碳青霉烯酶肠杆菌目细菌研发了不同的商品化产品,如Brilliance CRE(Oxoid)、bioMérieux chromID Carba、CHROMagar Colorex KPC等。两项评估以上3种显色培养基敏感性和特异性的研究显示,与PCR结果相比,3种显色培养基的灵敏度分别为77.6%-78%、89.8%-91%和56%-83.7%,特异性分别为60%-87.1%、76%-95.0%和70-92.1%,但对于OXA-48型分离株的检测能力有待提高[32, 33]


该方法可以从临床样本中直接分离和鉴别耐碳青霉烯类肠杆菌目细菌,孵育时间为18-24h。但其只能作为筛选培养基使用,最终结果还需依据CLSI指南进一步确定分离菌株对碳青霉烯类抗菌药物的敏感性。此外,一些中间型碳青霉烯酶菌株(如NDM-1对美罗培南的MIC≤2 ug/ml)可能生长不良[31]


表2. 基于生长CRE主要检测方法

检测方法

周转时间

(h)

优势

劣势

灵敏度

特异度

MHT

16-20h

1.检测KPC

2.简单便宜

1. 存在假阳性和假阴性

2. 不能检测金属酶

3. 耗时长

92%

93%

Carba NP试验

4-6h

1.简单便宜

2.阴性预测值高

1. 需自制特殊试剂

2. 不能有效检测OXA-48

3. 受培养基影响

> 93%

> 93%

mCIM/eCIM

18-20h

1.检测所有碳青霉烯酶

2.明确的判断标准

3.简单明了

4.成本效益高

耗时长

> 85.7%

> 94.4%

碳青霉烯酶

抑制剂增强试验

18-20h

1.操作简单

2.灵敏度高

1. 需特殊试剂

2. 耗时长

3. 无法检测OXA型碳青霉烯酶

> 96.8%

> 98.8%

质谱技术

1-2.5h

快速

1. 需自配抗菌药物溶液

2. 无统一标准化判断方法

3. 孵育时间受酶型的影响

-

-

显色培养基

18-24h

1.检测KPC和大多数MBL

2.简单、便宜

1. 不能有效检测OXA-48

2. 易受抗菌药物与抑制剂浓度影响

56%-91%

60%-92.1%

6. 质谱技术:基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)是近年来快速发展起来的一种检测生物大分子的重要手段,被认为是快速鉴定临床微生物的新利器。研究发现,通过测定不同耐药菌株之间的蛋白特征峰差异或比较不同碳青霉烯酶水解碳青霉烯类药物后,水解产物特异质谱峰的改变,MALDI-TOF MS技术也能快速检测多种碳青霉烯酶(KPC、GES、NDM、VIM、IMP、GIM、SPM、OXA-48和OXA-162等)[27-29]。值得注意的是,目前发表的MALDI-TOF MS对药物水解后产物的特异质谱峰的有无和强度的研究结果存在异质性且无统一标准化的方法[29, 30]。MALDI-TOF MS虽可快速检测出不同类型产碳青霉烯酶菌株,但操作较繁琐,某些抗菌药物溶液需自配,并需与待测菌共孵育1-2.5h,不同酶型孵育时间不同。


7. 酶免疫层析技术:酶免疫层析技术是一种以抗原抗体反应为基础,用于体外快速(<15min)检测阳性血培养物以及细菌菌落中碳青霉烯酶基因型的定性方法。近年来,不同厂家基于此技术推出了NG-Test CARBA 5(NG Biotech)、RESIST-4 O.K.N.V. (Coris BioConcept)、细菌免疫显色试剂(北京金山川)等不同的碳青霉烯酶检测试剂盒。上述三种试剂盒均可对KPC、NDM、VIM和OXA-48型碳青霉烯酶进行检测,除RESIST-4 O.K.N.V. 外,其余两种还可对IMP型碳青霉烯酶进行检测,此外,金山川还在此基础上增加了对OXA-23型碳青霉烯酶的检测[34, 35]。研究显示,酶免疫层析技术检测碳青霉烯酶的灵敏度和特异度均>92%[36-38]


酶免疫层析技术操作简单、快捷,是目前基于细菌菌落耗时最短的检测方法,2-6分钟即可获得阳性结果,且结果判读直观,也不受场所限制,无需特殊的仪器和设备,但其成本较高。随着酶的抗原性改变,可能出现结果判断主观性。另外当细菌携带2种或以上的CRE酶型后,酶免疫层析方法只能检测到部分酶型从而产生重大错误[38]。临床实验室可根据自身条件和需求进行开展。

四、碳青霉烯酶基因型检测


碳青霉烯酶基因型检测是检测能够编码碳青霉烯酶DNA序列,被认为是碳青霉烯酶基因鉴定的金标准。其主要检测方法包括靶向基因检测和二代测序检测。靶向基因检测包括传统的单一PCR、多重PCR、微阵列,二代测序检测包括全基因组检测和宏基因组检测。目前这些基因型检测可以不仅要确定碳青霉烯酶的特性,还要确定是否存在该酶。与其他检测方法相比,基因型检测方法的优势是能够检测所有的碳青霉烯酶基因和鉴别碳青霉烯酶型基因,检测速度快,节省时间;劣势是技术要求高,不能检测基因的表达,检测成本高。


1. 靶向基因型检测方法(表3):碳青霉烯酶靶向基因型检测可以通过实时PCR、环介导等温扩增和基因芯片技术实现。已开发出常见碳青霉烯酶基因的多重PCR检测方法,并可用于此类检测方法可用的环境中。目前已有很多基于靶向基因型检测产品,比如Carba-R、BD MAX Check-Points CPO assay、STRECK ARM-D kit、LightMix Modular Carbapenemases、ePlex BCID-GN panel、Verigene Gram-negative blood culture test和 FilmArray BCID2等(表3)。


(1)Carba-R Assay:Carba-R Assay是一种多重实时PCR检测方法,可在约50分钟内检测和鉴别五大碳青霉烯酶基因blaKPC、blaNDM、blaVIM、blaIMP和blaOXA-48。该产品仅需1分钟的操作时间,可用于直肠拭子、肛周拭子和纯菌落样本。一项多中心研究评估Carba-R Assay在检测2404份患者的直肠拭子和521份临床菌株的检测性能,结果发现,在直肠拭子中,与培养后测序结果相比,Carba-R检测碳青霉烯酶基因的总阳性符合率为96.0%,总阴性符合率为94.0%,总一致率为94.2%;在临床菌株中,Carba-R与测序检测结果相比,其总阳性符合率为99.7%,总阴性符合率为98.0%,总一致率为99.0%。同时批内和批间变异系数小于2%,说明该产品有良好的重复性和可靠的结果[41]。在1181份直肠拭子中,Carba-R检测结果与培养后测序检测结果相比,其四个基因检测有60%-100%的阳性符合率,98.9%-99.9%阴性符合率[42]。Carba-R Assay在301份痰标本中检测到112个blaKPC,70个blaNDM、8个blaIMP和2个blaVIM基因,与培养后通过PCR方法检测相比,Carba-R的阳性一致率为92.9%,阴性一致率为86.7%,说明其在检测深咳痰标本中CRE基因方面具有较高的PPA和NPA率[43]。Carba-R在血培养菌株和阳性血培养基中碳青霉烯酶基因检测方面,与PCR测序结果相比,Carba-R和NG-Test-Carba-5的特异性均为100%。对复苏菌株的Carba-R和NG-Test-Carba-5的敏感性分别为100%和92.1%,对血培养基的敏感性分别为100%和79.3%。当样本含有两种或三种不同的碳青霉烯酶类型时,NG-Test Carba 5漏掉8个NDM、4个OXA-48样和1个IMP β-内酰胺酶。这说明Carba-R在检测血培养菌株和阳性血培基标本的碳青霉烯酶基因的性能较好[38]。同时应用Carba-R监测产碳青霉烯酶菌定植加隔离阳性病人的策略将医院产碳青霉烯酶微生物(CPO)的定植率从28.6%下降至5.6%,感染率从35.7%下降至2.8%,这个策略被证明是限制CPO在医疗环境中传播的有效方法[44]


(2)BD-MAX:BD MAX是一种单试剂、即用、全自动的体外诊断多重实时PCR检测产品,可对分离株和直肠拭子进行五组主要碳青霉烯酶基因(blaKPC、blaNDM、blaVIM/blaIMP和blaOXA-48)检测,样本操作时间约15分钟,检测时间约135分钟,大约2.5小时报告结果。有一项研究收集了175株明确的分离株(包括123个碳青霉烯酶产生菌)和128个携带碳青霉烯酶产生菌的高风险患者的直肠拭子标本(包括83个阳性标本)进行BD MAX检测,在临床菌株中,BD MAX产品检测碳青霉烯酶KPC、VIM/IMP、NDM和OXA-48的灵敏度和特异性分别为97.1%和98.8%。IMP型的罕见变异(IMP-11、IMP-13和IMP-14)和一种罕见的远缘OXA-48变异(OXA-535)仍未被检测到。在高风险患者直肠拭子中,其敏感性和特异性分别为92.8%和97.8%。由于VIM和IMP之间缺乏区分,可能会限制BD MAX在这些酶广泛分布的亚洲国家应用,但在IMP极为罕见的法国则不然[39]。在另外159株细菌,包括93株产碳青霉烯菌株和66株非产碳青霉烯菌株,BD MAX检测碳青霉烯酶的总准确度、敏感性和特异性分别是94.3%、90.3%和100%,而Carba-R检测碳青霉烯酶的总准确度、敏感性和特异性分别是96.9%、95.7%和98.5%,GeneFields CPE检测碳青霉烯酶的总准确度、敏感性和特异性分别是 86.2%、77.4%和98.5%[40]


(3)STRECK ARM-D Kit:STRECK ARM-D Kit也是一种多重PCR检测方法,用于检测9种β-内酰胺酶,包括以下5种主要碳青霉烯酶:KPC、NDM、VIM、IMP和OXA-48-like。该产品需要单独提取DNA,然后在Streck Philisa热循环仪上进行快速(22分钟)PCR扩增,并通过琼脂糖凝胶电泳进行检测。一项研究评估了60份以前的临床分离株,发现了与单通道检测靶标基因的PCR检测相比,STRECK ARM-D Kit的敏感性为92%,特异性为100%。有几个IMP基因变异体未检测到。本产品与其他基因型检测产品相比,需要更多的实际操作时间和解释,可能只适用于继续使用琼脂糖凝胶电泳的实验室[45]


(4) LightMix Modular Carbapenemases Kits:LightMix Modular Carbapenemases Kits也是一种多重PCR检测,能够检测KPC、NDM、VIM、IMP和OXA-48基因,操作时间约5分钟,90分钟内出结果。181份临床分离株的测序结果与其检测结果完成一致,总体敏感性和特异性分别为99%和100%。blaKPC、blaVIM、blaIMP和blaOXA-48-like的检测限为60cfu/ml,blaNDM的检测限为500cfu/ml。在127份直肠、直肠周围和咽部样本中,LightMix Modular Carbapenemases Kits检测结果与Xpert Carba-R检测结果完成一致,其阳性预测值与阴性预测值分别为100%。在阳性血培养菌株中,其检测结果与测序结果完全一致。其优点价格较低,根据客户需要选择检测靶标数量[46]


(5)ePlex BCID-GN panel:ePlex BCID-GN panel是一种样品进结果出的试剂盒,采用电润湿和电子传感器技术进行提取、扩增和竞争性DNA杂交进行鉴定21个细菌靶标、6个与超广谱β-内酰胺酶(ESBL)和碳青霉烯酶相关的耐药基因,和两个直接来自阳性血培养瓶的靶标。BCID-GN panel检测以下耐药基因:CTX-M、KPC、IMP、VIM、NDM和OXA(OXA-23和OXA-48),检测样本为阳性血培养物。BCID-GN panel检测1351份阳性血培养物的碳青霉烯酶相关的耐药基因,与测序结果相比,其阳性符合率为94.0%-100%,阴性符合率为99.8%-100.0%,这说明其检测性能较好[47, 48]


(6)Verigene Gram-negative blood culture test:Verigene Gram-negative blood culture test是一种非扩增试验,依赖于从阳性血培养物中提取核酸,然后使用捕获和检测探针进行基于微阵列的检测。测试需要大约5分钟的实际操作时间和2小时的运行时间。除了鉴定8种革兰氏阴性菌外,它还能够检测blaCTX-M、blaKPC、blaNDM、blaVIM、blaIMP和blaOXA(包括blaOXA-48[49]。多中心验证研究,Verigene产品与参考方法在检测1847份阳性血培养物的碳青霉烯酶基因的阳性一致率如下:blaCTX-M:98.9%、blaKPC:100%、blaNDM:96.2%、blaOXA:94.3%、blaVIM:100%和blaIMP:100%,五大基因的阴性一致率≥99.5%[50]。每次测试的材料成本约为60至80美元[51]


(7) FilmArray BCID2:FilmArray Blood Culture Identification 2(BCID2)是一种高度复合的单袋PCR试剂盒,可识别33种病原体和10种耐药基因,其中包括常见的碳青霉烯酶编码基因(即blaKPC、blaIMP、blaNDM、blaOXA-48-like和blaVIM)、最常见的ESBL基因(blaCTX-M)和黏菌素抗性遗传标记(mcr-1)。它可以检测阳性血培养中潜在CRE细菌,如阴沟肠杆菌复合物、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、变形杆菌属和粘质沙雷菌等。它主要用于直接从阳性血培养瓶快速鉴定菌血症和真菌血症,还能检测blaKPC、blaIMP、blaNDM、blaOXA-48-like和blaVIM[52]。样品制备的实际操作时间为2-3分钟,结果大约在1小时内报告。一项研究评估它在180份阳性血培养物的临床表型,在两个分离株中BCID2正确预测了与blaVIM-2或blaOXA-48样存在相关的碳青霉烯耐药性[53]。另外一项研究中BCID2检测微生物种类的敏感性和特异性分别为98.8%和99.9%,检测耐药基因的敏感性和特异性均为100%[54]。然而,在FilmArray上进行测试的成本超过100美元,这限制了该平台在低至中度流行环境下检测blaKPC的具体实用性。此外,在发现其他类型碳青霉烯酶的地区,阴性检测可能没有信息[55]


表3. CRE靶基因型主要检测方法

检测试剂盒

靶标

操作时间

得到结果

时间

样本

BD MAX

KPC, OXA-48-like, VIM/NDM

<5min

<3h

分离株

直肠拭子

Carba-R

KPC, OXA-48-like, NDM, VIM, IMP

<1min

48min

分离株

直肠拭子

STRECK ARM-D kit Streck

KPC, OXA-48-like, NDM, VIM, IMP

5min

22min-1h

分离株

LightMix Modular Carbapenemases Roche

KPC, OXA-48-like, NDM, VIM, IMP

5min

<2h

分离株

直肠拭子

ePlex BCID-GN panel GenMark

KPC, OXA-48-like, NDM, VIM, IMP

<2min

1.5h

阳性血液培养物

Verigene Gram-negative blood culture test Luminex

KPC, OXA-48-like, NDM, VIM

<5min

<2h

阳性血液培养物

BioFire FilmArray BCID2 bioMérieux

KPC, OXA-48-like, NDM, VIM, IMP

2min

1h

阳性血液培养物


2. 二代测序:全基因组测序(whole genome sequencing, WGS)被认为是检测碳青霉烯酶基因的最可靠和有吸引力的分子检测方法,因为它可以识别编码碳青霉烯酶的已知和未知基因。它还将产生有关物种、分支和碳青霉烯酶基因以外的任何抗性基因的信息。在过去十年中,WGS的成本急剧下降,在临床微生物学实验室中的应用已指日可待。然而,在将该技术纳入常规临床微生物学检验之前,还需要克服一些障碍,包括周转时间长和数据管理困难[55]。宏基因组测序使用与WGS类似的技术,但它不是使用纯培养物的DNA作为起始材料,而是使用直接从临床样本(如痰)中提取的DNA。由于数据分析的高成本和复杂性,目前对现有诊断方法不足以诊断的感染进行评估。这项技术将能够检测临床样本中存在的碳青霉烯酶基因,但是它不会提供产生碳青霉烯酶的菌株种类的信息[49]


五、小结和展望


目前实验室主要有CRE表型检测方法,该方法的灵敏度较高、操作方便、价格较低,但存在特异度较低、缺乏标准化、耗时较长等缺点,限制进一步使用。随着CRE基因型方法的出现,提高了检测的灵敏度和特异度,同时靶向CRE基因型检测操作简单,灵敏度和特异度较高,但也存在只能检测已知基因,不能检测未知基因。全基因测序方法弥补这个缺陷,能够检测已知和未知CRE基因,这能够帮助临床解决疑难问题。


随着CRE及其酶型在包括中国在内的全球范围内不断地蔓延,一些菌株携带CRE酶型种类和数量也在增加。未来的CRE实验室检测方法和应用可能有下面一些趋势:第一是检测样本的类型会拓展,除了已应用的菌落、阳性血培养液以及肛拭子以外,呼吸道标本可能获得更多的应用。第二是在检测CRE存在的前提下,迅速对其酶型进行判断,可用于临床指导治疗依据。第三是既往菌种鉴定基础上的耐药性检测有望被快速的CRE酶型检测的“功能性”鉴定所取代。


参考文献

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表1. 当前、近期和长期抗菌药物敏感性检测的部分实验方法

抗菌药物敏感性

检测技术

实验原理

需要105细胞

POP

or CA

花费

自动或手工

异质性

耐药检测

实测

MIC

实验

时间 (h)

当前使用的方法

琼脂稀释法

含有抗生素固体培养基上

的生长抑制作用

CA

手工

>10

自动化仪器 (Vitek, Phoenix, MicroScan)

采用光学原理的精密仪器监

测细菌生长或基质的转化

CA

自动

有可能

是/否

<10

肉汤稀释法

含有抗生素的液体培养基中

的生长抑制作用

CA

手工/自动

有可能

>10

显色琼脂法

在琼脂培养基上显色复合物

的代谢转化

CA

手工

>10

纸片扩散法

测量含有抗生素纸片周围

的抑菌环

CA

手工/自动

是/否

>10

E-test法

测量含有抗生素浓度梯度

试验条周围的抑菌生长环

CA

手工/自动

>10

活死细胞染色法

显微镜下可见荧光染色

的 (非) 渗透性细胞

CA

手工

<1

PCR 扩增基因检测法

DNA扩增

CA

自动/手工

<1

实时显微术

在单细胞水平上拍摄细菌分裂

CA

手工

<1

近期有可能的替代方法

热量测定法

检测应激细菌产生的热量

POP

未知

自动

<5

振动悬臂技术

振动悬臂改变称重细菌细胞

POP

未知

自动

有可能

<5

抗菌药物敏感性

检测技术

实验原理

需要105细胞

POP

or CA

花费

自动或手工

异质性

耐药检测

实测

MIC

实验

时间 (h)

流式细胞术(FACS)

测定活和死细胞之间

的荧光差异

CA/POP

中等

自动

是/否

<5

自旋磁珠法

磁珠在磁场中自旋的变化与磁

珠附着的细菌数量呈函数关系

POP

未知

自动

<5

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱

抗生素降解产物检测

POP

自动

<5

微滴测试法

监测纳米升液滴中的生长

或基质转换

POP

未知

自动

有可能

是/否

<5

新一代测序技术

对细胞的DNA和 RNA测序

CA/POP

自动

>10

未来有可能的替代方法

细胞凋亡标记物法

检测程序性细胞死亡产生

的化合物

POP

中等

手工/自动

<1

噬菌体扩增

仅在活细胞中检测噬菌体繁殖

CA

中等

手工

<10

比色法检测细胞呼吸

光学检测活细胞呼吸作用引

起的底物或指示剂颜色变化

POP

自动

<1

电子鼻

直接检测挥发性有机复合物

POP

手工/自动

<1

阻抗测量

活细胞或死细胞悬液电特性

的变化

POP

未知

自动

<5

红外光谱法

细菌在红外辐射下的吸收特性

CA/POP

中等

自动

有可能

<5

液相色谱-电喷雾质谱联用(LC-ESI-MS)

活/死细胞和抗性蛋白

的蛋白质组学

POP

自动

<5

代谢组学(包括ROS)

细胞内成分变化的检测聚焦小分子

POP

未知

自动

<1

微声测量

测量活和死细胞之间

的振动差异

POP

未知

自动

<5

核磁共振(NMR)

复杂混合物分子组成的评估

POP

未知

自动

>10

拉曼光谱学

激光照射下细菌的吸收特性

CA/POP

自动

有可能

<5

RNA 测序

通过测序定义基因表达差异

POP

自动

>10

备注:ROS,活性氧(reactive oxygen species);POP,原理验证(Proof of principle);CA, 市场可买到(Commercially available)。