“四大名谱”之 ——微生物质谱鉴定技术-武汉市第三医院

在检验科有这样一个专业组，常常会被抱怨结果出太慢，一等可能就要好几天，也常常会接到医生和患者各种花式催报告的电话。没错，就是它——检验科微生物专业组。

一、微生物专业组在检验科里是干啥的？
医院检验科临床微生物专业组前身细菌科，是医院检验医学科重要的专业之一，主要承担着来自临床患者各类标本（如各种无菌体液、组织、分泌物、血液、尿液、脑脊液、生殖道及呼吸道标本等）相关病原微生物（如细菌、真菌、病毒）的检测检验、病原学鉴定等工作。目的是帮助临床明确感染病因，诊断感染性疾病，并指导医生科学精准用药治疗。
作为一名检验科微生物专业组的成员，很能理解你们等待报告的焦急心情，但是对于细菌培养报告时间长这事，我们真不背锅。

常规微生物培养鉴定流程一般分三步，如下图所示：
第一步：将来自患者的血液、尿液、粪便、分泌物等不同标本接种至培养基上面，因为不同细菌生长周期不同，一般的细菌需要18至24小时才能在培养基上生长出来。如果遇到生长更迟缓的细菌可能会等上更久的时间，有的甚者达到半个月以上，比如引起肺结核的病原菌——结核分枝杆菌，它的培养最快也要2周才能出。
第二步：将培养基上生长出来的细菌进行鉴定和抗生素药物敏感试验（简称药敏试验），一般情况下这个步骤也需要18至24小时才能出来。
第三部：对细菌鉴定和药敏试验进行报告审核。如果出现因细菌菌落不纯或仪器试剂原因鉴定失败、细菌鉴定药敏试验结果不相符或者出现多重耐药等情况，就需要重新鉴定和更换试剂仪器复核后再出报告，因此出报告时间会相应延长。正是由于微生物培养鉴定操作流程如此繁冗，所以一般规定出报告时间为3-5天。

医学检测技术发展到今天，相比过去，已经发生了翻天覆地的变化。但如何为患者提供更快捷、更准确、更优质的医疗检测服务依然是大家始终如一坚持的宗旨。在这种宗旨下，让人不禁思考：“难道就没有缩短微生物鉴定时间的方法了吗？”微生物质谱鉴定技术的横空出世，大大的解决了这一难题。

古语有云，工欲善其事必先利其器，在医学检测领域的江湖中一直流传着四本武功秘籍，我们称之为“四大名谱”。质谱就是其中的一员，那么，大家知道这“四大名谱”分别是什么吗？

二、何谓“四大名谱”
“四大名谱”即色谱、光谱、质谱和波谱，它们在为患者的病情诊断、药物的使用和疗效观察、各类检查检测指标的测定中起到了至关重要的作用，同时也被广泛的运用于其他领域。

质谱：可以分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。常用于化学、生物学、医学、药学、环境物理、地质、能源等领域。

接下来，我将重点介绍质谱分析技术如何在检验科微生物快速鉴定方面大显身手。
三、什么是微生物质谱鉴定技术？

微生物质谱鉴定技术是基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI－TOF）对分离后的细菌及真菌进行鉴定，是临床微生物检验领域最富有生命力的新技术之一。

四、微生物质谱鉴定技术原理是什么？

微生物鉴定质谱技术是基于细菌表面蛋白分子检测的技术，通过测定未知微生物自身独特的蛋白波峰指纹图谱与菌种数据库中已收集的菌种蛋白指纹图谱进行比对，从而实现菌株的鉴定，它的原理跟法医鉴定DNA指纹图谱分析技术有点相似，只不过一个是蛋白波峰图谱比对分析，一个是DNA图谱比对分析（如图所示）。由于微生物质谱分析的蛋白质大分子适合于飞行时间质量分析器，因此，微生物的质谱鉴定被统称为基质辅助激光解吸电离的飞行时间质谱技术（MALDI-TOF MS）。

五、微生物质谱鉴定技术的优势
MALDI－TOF技术的蛋白峰谱分析技术，可快速检测和鉴定革兰阳性菌、革兰阴性菌、厌氧菌、分枝杆菌、酵母菌和丝状真菌等。相比于传统的革兰染色、菌落形态、表型鉴定及分子生物学技术， MALDI-TOF技术具有快速、准确、经济、高通量等优点。
01快速
该技术是将完整的微生物细胞直接进行检测，样品制备简单，检测周转时间短，在数分钟内就可以得到一个菌种的测试结果，且分析用菌量极少，而传统方法完成常规细菌鉴定至少需要8－18h或更长时间。
02准确
MALDI-TOF通过检测细菌胞膜成分或表达的特异蛋白对细菌进行种群的鉴别，敏感性和准确性高，可以区分表型相似或相同的菌株，提供属、种、型水平的鉴定，对临床常见分离菌鉴定到种水平的准确率很高。以16SrRNA基因测序结果为标准，质谱检测结果准确率为90.0%~95.0%，不仅可以识别病原菌，而且有助于发现新的病原菌。此外，质谱技术还用于病原体的药物敏感性检测，常规的药物敏感性实验方法比较费时，局限于少数细菌，MALDI-TOF通过比对耐药菌株和敏感菌株间的特征性蛋白和图谱峰及检测耐药菌株与抗生素共同培养后的分解产物，可以分析几乎所有的耐药机制。
03经济
研究表明，相比于标准的微生物培养技术，质谱技术可降低约50%的试剂成本和劳动力成本。
04高通量

微生物质谱鉴定仪拥有全面的数据库，微生物数据库超过5000多种，数据库内有微生物约16000多株,可以覆盖临床98％以上感染的细菌，并且及时更新。批量鉴定模块100个菌种完成鉴定不超过20分钟，单个样品鉴定可以提速到1秒。相比于之前鉴定细菌需18-20小时以上，质谱仪仅需数分钟，18分钟内可完成96份样本，极大地缩短样本周转时间。

MALDI－TOF技术从技术上提升了检验科的检验能力，极大的扩展了微生物室的鉴定速度和鉴定范围，为合并细菌或真菌感染患者赢得宝贵的抗感染时间。

六、微生物质谱鉴定技术的局限性

MALDI-TOF作为一项新兴技术，在微生物鉴定方面也存在着一定的局限性。如对于具有特殊结构的菌种和图谱极为相似的菌种的鉴定区分存在一定的难度、对于一些罕见菌种或新型细菌鉴定困难、对血培养样本中的混合菌种难以准确鉴别等，原因是质谱数据库中标准菌株的图谱有限、质谱峰的数据不充分以及细菌库中无这些菌株。

七、微生物质谱鉴定技术未来展望
随着仪器技术参数、质谱数据库及分析软件的不断更新完善，所有的分离株将被逐步的明确鉴定出来，它的局限性随着数据库的不断扩展和计算方法的改善会逐步缩小。因此，随着质谱技术在临床微生物实验室的应用，数据库进一步完善，MALDI-TOF技术必将在微生物鉴定、菌种分型、同源分析、耐药监测等多方面发挥出更大作用，有望成为新一代病原微生物诊断的常规技术。