利用MALDI質譜進行高級微生物鑒定以精簡治療

　　引起人類疾病的病原微生物種類繁多。不同微生物菌株會導致不同程度的疾病，從普通感冒到可能危及生命的感染，如結核病（TB）。類似地，不同菌株對抗菌藥物的敏感性不同，有些菌株對多種藥物完全耐藥，有些菌株具有中等敏感性，有些菌株則對治療完全敏感。

　　抗生素耐藥性對全球健康構成了嚴重威脅，并給全球醫療體系帶來巨大負擔。例如，耐多藥結核病（MDR-TB）仍然是公共衛生危機和健康安全威脅，特別是在印度、印度尼西亞和中國等國。據世界衛生組織（WHO）估計，2017年，有558000例對利福平（最有效的一線藥物）耐藥的新病例,其中457560例是耐多藥結核病[1]。微生物通常會進化成新的菌株，因此人們正在尋找并開發出與之抗衡的新療法，以及檢測患者樣本中微生物的創新技術。

　　新漢諾威地區醫療中心（NHRMC）是北卡羅來納州威爾明頓的一家社區醫院，它配有技術領先的微生物學實驗室用于微生物鑒定（ID）。實驗室已投資最先進的儀器，以確保其臨床醫生能夠盡快提供最合適的治療方法，以幫助抵抗抗生素耐藥性。

　　轉向質譜

　　許多微生物學實驗室依賴傳統的生化和培養技術來進行微生物鑒定，這阻礙了臨床醫生獲取結果的速度。例如，在NHRMC，使用傳統方法進行一次鑒定可能需要2到3天，而抗生素敏感性測試（AST）則可能需要五天。營養要求復雜的、生長緩慢的、無法存活或不可培養的微生物也很難用這些方法進行鑒定，其中許多必須送到參考實驗室進行進一步的研究。

　　2016年基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜（MALDI-TOF MS）技術被引入NHRMC，極大地縮短了微生物鑒定的周轉時間（TAT）。在檢驗中，質譜的鑒定率約為96%，高于傳統的生化方法（僅為82%）。此外，生化方法需要更長的時間，而且常常需要重新測試。在此期間，臨床醫生經常給患者使用廣譜抗生素用以預防，這不僅成本高昂，而且會導致耐藥性的蔓延。

　　基于蛋白質指紋技術，MALDI-TOF質譜被用于細菌和酵母菌的分類與鑒定。專門的質譜儀可以測量在所有微生物中都存在的高豐富蛋白質。獲得的蛋白質特征譜圖通過與經FDA批準的涵蓋厭氧菌、革蘭陽性細菌、革蘭陰性細菌以及酵母等在內的333個不同群425種微生物的數據庫進行比對，從而得到可靠、準確的微生物鑒定結果。

　　轉變對患者的護理

　　引入MALDI-TOF 質譜后，微生物鑒定的時間從3-5天縮短到1-2天。微生物學實驗室不久后就實現了全自動化，從而進一步縮短了測試時間。這使得次日即可完成微生物鑒定，加快了確診時間，并使臨床醫生能夠更早地對患者采取針對性的治療方案。表1顯示了NHRMC在五種生物鑒定上所節省的時間。

表1

表1：在新漢諾威地區醫療中心，分別采用生化分析法和基質輔助激光解吸/電離飛行時間質譜（MALDI-TOF MS）（MALDI Biotyper CA系統，Bruker Daltonics）對五種生物進行鑒定（ID）的周轉時間（TAT）。*霉菌和分枝桿菌是使用非FDA許可的軟件和參考庫（僅用于研究用途）進行鑒定的。非FDA/僅供研究用途的軟件要求用戶自行驗證再于臨床應用。

　　MALDI-TOF質譜的引入和對臨床重要微生物近乎實時的鑒定，可以更積極地促進抗生素管理，降低MDR的發生率，以及迅速采取正確的感染控制措施。

　　MALDI-TOF 質譜法不僅鑒定結果準確可靠和周轉時間短，還能鑒定以前使用傳統微生物學方法無法鑒定的微生物。例如，某些患者接受牙科手術后發展為術后口腔感染。因為許多傳統的生化鑒定板不包括口腔細菌，所以導致口腔感染的微生物很難得到鑒定。該實驗室現在可以確定由口腔感染導致的敗血癥，而在過去，則會被送到參考實驗室，從而導致針對性抗生素治療的嚴重延遲。

　　成本節約

　　向質譜和自動化轉變的主要推動力之一是可以大大節省在鑒定和藥敏試驗方面的費用。自從引入MALDI-TOF 質譜以來，實驗室已經取得了一些顯著結果。抗生素治療的范圍縮小到60%的患者中，僅通過更快地提供明確的鑒定結果并逐步降低或停止使用抗生素即可節省200,000美元。

　　進行生化測試的總成本也降低了。在使用MALDI-TOF 質譜的第一年，醫院的輔助檢驗成本降低了約100,000美元，并將技術人員的管理工作減少了約70%。預計下一年實驗室試劑的輔助成本將再減少30,000-40,000美元。

　　MALDI-TOF 質譜的準確鑒定也節省了可觀的成本。使用該系統的鑒定成本約為1.90美元，而以前的生化鑒定方法成本則為8.57美元，即每個樣本的鑒定節省6.67美元。

　　案例

　　最重要的是，MALDI-TOF 質譜對NHRMC的患者的恢復結果產生了直接影響。有位21歲的男性患者，因發燒和頭痛到急診室就診。他患有格雷夫斯病（一種影響甲狀腺的自身免疫性疾病）和高血壓病史，但無其它突出的健康問題。

　　患者入院后，實驗室收集血培養、尿液分析、化學和血液學資料。腦膜炎組和其它實驗室檢查均呈陰性，入院后20小時血培養呈陽性（均為厭氧瓶）。革蘭染色呈革蘭陰性細長棒狀，并在兩天內進行繼代培養。第二天，醫生要求查看培養物，培養物在18小時（入院后38小時）出現有氧生長。

　　MALDI-TOF 質譜鑒定發現該生物為壞死梭桿菌，它是萊米爾綜合征的致病菌，可導致敗血癥等嚴重并發癥。結果立即通知醫生，病人改服頭孢曲松和甲硝唑，劑量高于標準計量。病人入院后已服用頭孢曲松，但劑量要低得多。在治療方案改變后的6小時內，患者反應良好，并在入院44小時后從重癥監護室（ICU）轉移到普通病房。如果沒有這種更快速的鑒定，治療方案的改變可能會慢得多，可能導致患者在重癥監護室（ICU）停留更久、住院時間更長，臨床結果也可能很糟糕。

　　未來的傳染病治療

　　MALDI-TOF質譜之類的先進技術的應用，為研究人員和醫療保健提供者提供了有力工具，幫助他們與最具挑戰性的病原體作斗爭。如果沒有確定的感染性微生物的鑒定結果，臨床醫生只能提供廣譜抗菌藥物，這種治療策略不僅昂貴，而且還對抗生素耐藥性的傳播造成更高的風險。通過在更短的時間內告知臨床醫生確切的鑒定結果，可以更快地對患者使用特定的、有針對性的抗生素，從而節省成本、縮短住院時間，還有助于抵抗持續存在的MDR威脅。

　　有關新漢諾威地區醫療中心的更多信息，請訪問https://www.nhrmc.org/

　　有關Bruker的MALDI Biotyper CA系統的更多信息，請訪問https://www.bruker.com/products/mass-spectrometry-and-separations/fda-cleared-maldi-biotyper-usa/overview.html

　　參考文獻

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

　　關于作者

　　Kevin McNabb博士，工商管理碩士，MT（ASCP），病理學與實驗室服務部微生物學、免疫學和分子檢測主任，2012年加入NHRMC。他曾在美國陸軍醫療服務團擔任上校28年，這為他領導NHRMC的微生物學實驗室奠定了基礎。他的專長領域包括免疫學、過敏試驗、自身免疫性疾病、免疫反應的啟動、疫苗研制、分子診斷試驗、抗菌治療和敏感性試驗。