利用MALDI质谱进行高级微生物鉴定以精简治疗

　　引起人类疾病的病原微生物种类繁多。不同微生物菌株会导致不同程度的疾病，从普通感冒到可能危及生命的感染，如结核病（TB）。类似地，不同菌株对抗菌药物的敏感性不同，有些菌株对多种药物完全耐药，有些菌株具有中等敏感性，有些菌株则对治疗完全敏感。

　　抗生素耐药性对全球健康构成了严重威胁，并给全球医疗体系带来巨大负担。例如，耐多药结核病（MDR-TB）仍然是公共卫生危机和健康安全威胁，特别是在印度、印度尼西亚和中国等国。据世界卫生组织（WHO）估计，2017年，有558000例对利福平（最有效的一线药物）耐药的新病例,其中457560例是耐多药结核病[1]。微生物通常会进化成新的菌株，因此人们正在寻找并开发出与之抗衡的新疗法，以及检测患者样本中微生物的创新技术。

　　新汉诺威地区医疗中心（NHRMC）是北卡罗来纳州威尔明顿的一家社区医院，它配有技术领先的微生物学实验室用于微生物鉴定（ID）。实验室已投资最先进的仪器，以确保其临床医生能够尽快提供最合适的治疗方法，以帮助抵抗抗生素耐药性。

　　转向质谱

　　许多微生物学实验室依赖传统的生化和培养技术来进行微生物鉴定，这阻碍了临床医生获取结果的速度。例如，在NHRMC，使用传统方法进行一次鉴定可能需要2到3天，而抗生素敏感性测试（AST）则可能需要五天。营养要求复杂的、生长缓慢的、无法存活或不可培养的微生物也很难用这些方法进行鉴定，其中许多必须送到参考实验室进行进一步的研究。

　　2016年基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）技术被引入NHRMC，极大地缩短了微生物鉴定的周转时间（TAT）。在检验中，质谱的鉴定率约为96%，高于传统的生化方法（仅为82%）。此外，生化方法需要更长的时间，而且常常需要重新测试。在此期间，临床医生经常给患者使用广谱抗生素用以预防，这不仅成本高昂，而且会导致耐药性的蔓延。

　　基于蛋白质指纹技术，MALDI-TOF质谱被用于细菌和酵母菌的分类与鉴定。专门的质谱仪可以测量在所有微生物中都存在的高丰富蛋白质。获得的蛋白质特征谱图通过与经FDA批准的涵盖厌氧菌、革兰阳性细菌、革兰阴性细菌以及酵母等在内的333个不同群425种微生物的数据库进行比对，从而得到可靠、准确的微生物鉴定结果。

　　转变对患者的护理

　　引入MALDI-TOF 质谱后，微生物鉴定的时间从3-5天缩短到1-2天。微生物学实验室不久后就实现了全自动化，从而进一步缩短了测试时间。这使得次日即可完成微生物鉴定，加快了确诊时间，并使临床医生能够更早地对患者采取针对性的治疗方案。表1显示了NHRMC在五种生物鉴定上所节省的时间。

表1

表1：在新汉诺威地区医疗中心，分别采用生化分析法和基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）（MALDI Biotyper CA系统，Bruker Daltonics）对五种生物进行鉴定（ID）的周转时间（TAT）。*霉菌和分枝杆菌是使用非FDA许可的软件和参考库（仅用于研究用途）进行鉴定的。非FDA/仅供研究用途的软件要求用户自行验证再于临床应用。

　　MALDI-TOF质谱的引入和对临床重要微生物近乎实时的鉴定，可以更积极地促进抗生素管理，降低MDR的发生率，以及迅速采取正确的感染控制措施。

　　MALDI-TOF 质谱法不仅鉴定结果准确可靠和周转时间短，还能鉴定以前使用传统微生物学方法无法鉴定的微生物。例如，某些患者接受牙科手术后发展为术后口腔感染。因为许多传统的生化鉴定板不包括口腔细菌，所以导致口腔感染的微生物很难得到鉴定。该实验室现在可以确定由口腔感染导致的败血症，而在过去，则会被送到参考实验室，从而导致针对性抗生素治疗的严重延迟。

　　成本节约

　　向质谱和自动化转变的主要推动力之一是可以大大节省在鉴定和药敏试验方面的费用。自从引入MALDI-TOF 质谱以来，实验室已经取得了一些显著结果。抗生素治疗的范围缩小到60%的患者中，仅通过更快地提供明确的鉴定结果并逐步降低或停止使用抗生素即可节省200,000美元。

　　进行生化测试的总成本也降低了。在使用MALDI-TOF 质谱的第一年，医院的辅助检验成本降低了约100,000美元，并将技术人员的管理工作减少了约70%。预计下一年实验室试剂的辅助成本将再减少30,000-40,000美元。

　　MALDI-TOF 质谱的准确鉴定也节省了可观的成本。使用该系统的鉴定成本约为1.90美元，而以前的生化鉴定方法成本则为8.57美元，即每个样本的鉴定节省6.67美元。

　　案例

　　最重要的是，MALDI-TOF 质谱对NHRMC的患者的恢复结果产生了直接影响。有位21岁的男性患者，因发烧和头痛到急诊室就诊。他患有格雷夫斯病（一种影响甲状腺的自身免疫性疾病）和高血压病史，但无其它突出的健康问题。

　　患者入院后，实验室收集血培养、尿液分析、化学和血液学资料。脑膜炎组和其它实验室检查均呈阴性，入院后20小时血培养呈阳性（均为厌氧瓶）。革兰染色呈革兰阴性细长棒状，并在两天内进行继代培养。第二天，医生要求查看培养物，培养物在18小时（入院后38小时）出现有氧生长。

　　MALDI-TOF 质谱鉴定发现该生物为坏死梭杆菌，它是莱米尔综合征的致病菌，可导致败血症等严重并发症。结果立即通知医生，病人改服头孢曲松和甲硝唑，剂量高于标准计量。病人入院后已服用头孢曲松，但剂量要低得多。在治疗方案改变后的6小时内，患者反应良好，并在入院44小时后从重症监护室（ICU）转移到普通病房。如果没有这种更快速的鉴定，治疗方案的改变可能会慢得多，可能导致患者在重症监护室（ICU）停留更久、住院时间更长，临床结果也可能很糟糕。

　　未来的传染病治疗

　　MALDI-TOF质谱之类的先进技术的应用，为研究人员和医疗保健提供者提供了有力工具，帮助他们与最具挑战性的病原体作斗争。如果没有确定的感染性微生物的鉴定结果，临床医生只能提供广谱抗菌药物，这种治疗策略不仅昂贵，而且还对抗生素耐药性的传播造成更高的风险。通过在更短的时间内告知临床医生确切的鉴定结果，可以更快地对患者使用特定的、有针对性的抗生素，从而节省成本、缩短住院时间，还有助于抵抗持续存在的MDR威胁。

　　有关新汉诺威地区医疗中心的更多信息，请访问https://www.nhrmc.org/

　　有关Bruker的MALDI Biotyper CA系统的更多信息，请访问https://www.bruker.com/products/mass-spectrometry-and-separations/fda-cleared-maldi-biotyper-usa/overview.html

　　参考文献

　　1. World Health Organization (WHO) Global Tuberculosis Report (2018) https://www.who.int/tb/publications/factsheet_global.pdf?ua=1[accessed 02/07/2019).

　　关于作者

　　Kevin McNabb博士，工商管理硕士，MT（ASCP），病理学与实验室服务部微生物学、免疫学和分子检测主任，2012年加入NHRMC。他曾在美国陆军医疗服务团担任上校28年，这为他领导NHRMC的微生物学实验室奠定了基础。他的专长领域包括免疫学、过敏试验、自身免疫性疾病、免疫反应的启动、疫苗研制、分子诊断试验、抗菌治疗和敏感性试验。