质谱专题|临床微生物检验技术的突破与实现

 收藏

关键词：临床微生物质谱突破生物

资讯来源：MIR医学仪器与试剂

所属行业：体外诊断产业链

发布时间： 2020-12-19

数据表明：尽管在过去几十年里，针对病原体的治疗与疫苗接种大大降低了感染性疾病的影响，但随着病原体耐药性的逐渐增强，我国感染性疾病的发病率和死亡率仍旧趋高。感染性疾病仍是全球死亡率与发病率最高的疾病之一。

图1：感染性疾病的发病率和死亡率(数据来源：公开资料整理)

临床微生物检验在感染性疾病诊断、用药指导、医院感染控制、抗菌药物管理等多方面均扮演着不可或缺的重要角色。但是该领域仍然面临着样本流转时间（TAT）长等重大问题。例如，在微生物鉴定方面，虽然目前也有自动化鉴定仪出现，相对缩短了TAT，但均大多基于微生物生物化学反应原理，仍然不能实现快速鉴定。因此，临床微生物实验室急需新的检验技术替代现有技术，实现新的突破。

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI⁃TOF MS），是20世纪80年代末问世并迅速发展起来的一种质谱分析技术。它把传统的基于生化方法的微生物鉴定时间从原本的2-3天缩短至1天内，使得传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生了革命性变革，不仅迎来了技术发展的新时代，而且也给医学、生物领域，尤其是临床微生物检验领域带来了革命^[1]。

MALDI-TOF MS 概述

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI⁃TOF MS），简称飞行时间质谱技术。基于每种微生物都由自身独特的多肽蛋白质组成。通过MALDI⁃TOF MS检测微生物的多肽蛋白质指纹图谱，经软件处理并与微生物多肽数据库进行比对分析，可在几分钟之内完成对微生物种、属水平的鉴定 ^[2]。质谱仪内的质谱可以解释为测定一个样本内不同分子经离子化后的质荷比（m/z）特性。

图2 微生物多肽蛋白质示意图

MALDI-TOF MS 检测原理

MALDI⁃TOF MS主要包含离子化（MALDI）和飞行时间质量分析器（TOF）两部分。其原理为：微生物样本裂解后，其蛋白与小分子基质溶液充分混合，待溶剂挥发后形成共结晶，在激光辐射下，基质吸收能量，将电荷转移给样本分子，形成离子化样本，离子化样本在电场作用下飞过飞行管道，根据离子质荷比（m/z）与离子飞行时间成正比的原理，不同质量离子因到达检测器的时间差异而被检测，形成不同的质量图谱。由于不同微生物蛋白组成存在一定差异，将采集的未知样品图谱与数据库中已知菌种的图谱进行统计学聚类分析，可获得未知样本的鉴定结果。

图3 MALDI-TOF基本工作原理

传统细菌鉴定手段的不足

细菌鉴定的传统手段是基于各种细菌所具有的酶系统不同，对营养基质的分解能力也不一样，因而代谢产物有或多或少地区别。用生化试验的方法检测细菌对各种基质的代谢作用及其代谢产物，从而鉴别细菌的种属。

传统生理生化方法缺点：

耗时长：一般需要2-3天；不能实现快速鉴定。

试剂耗材贵：传统生化鉴定试剂耗材成本高；

检测菌种数量有限：传统生化鉴定仪最多只能鉴定几百个菌种，远远达不到临床鉴定微生物需求。

MALDI-TOF MS鉴定优势：多快好省

多！

① 适用样本类型多；

② 可检测微生物种类多；

快！

① 仅需培养出单个菌落即可完成分析

② 鉴定流程更加简化，样本经简单前处理，数分钟即可获得鉴定结果

③比传统微生物鉴定方法节省至少1天时间

好！

①测定干扰因素少，准确度高，可达90%以上；

②可进行同源性分析

省！

①节省人力：时间更短，结果易读，不过多依赖经验和专业的限制

②节省物力：试剂耗材费用低廉

总结

与传统的生理生化方法相比，MALDI⁃TOF MS 具有快速、准确、高通量和低成本的优势。除了可鉴定常见细菌和酵母样真菌，更极大提高了临床微生物实验室对苛养菌、厌氧菌、丝状真菌以及分枝杆菌等难鉴定微生物的鉴定效率和能力 ^[2]。近几年，MALDI⁃TOF MS 应用于临床微生物检测中，对病原菌进行鉴定，并且取得了非常理想的效果。质谱技术的出现和发展改变了临床微生物实验室传统的工作模式，有效克服了自动化细菌检测仪的不足之处，提高了微生物鉴定的灵敏度和实效性，以其自身的优越性，预计会在将来彻底改变微生物实验室现状，为临床提供更全面、更可靠，更快速的分析结果。

massMA全自动微生物质谱分析系统

massMA全自动微生物质谱分析系统是基于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）平台开发，应用于微生物菌种快速鉴定的检测系统。

康美生物在现有技术基础上，与原国防科技大学信息工程专业高级工程师黄若浩博士带领的研发团队进行深度合作，对massMA 软件系统进行了革命性的创新和改进，在国内首创实现了军工品质的飞行时间质谱系统生物信息加密，有效保证了生物信息安全。软件系统还搭载了强大的数据分析处理功能，充分满足用户科研、院感监测等需求。