USP-35-1113 微生物鑒定、鑒別及菌株分型指導原則翻譯稿.pdf

1113 微生物鑒定 鑒別及菌株分型指導原則 微生物鑒定 鑒別及菌株分型指導原則 前言前言 藥品原輔料 生產(chǎn)用水 生產(chǎn)環(huán)境 中間體以及終端產(chǎn)品等微生物檢測時 需要對其特 性進行確定 需采用適當?shù)蔫b定及菌株分型 見章節(jié)末端表格 常規(guī)微生物特性確定包括 菌落形態(tài) 細胞形態(tài) 桿菌 球菌 細胞排列方式 產(chǎn)胞結構 革蘭氏染色或者其他染色 方法 和特征生化反應 氧化酶 過氧化氫酶 凝固酶反應 在非無菌藥品生產(chǎn)過程和一 些無菌制劑的生產(chǎn)環(huán)境中 微生物鑒定到這個水平足以達到風險評估的目的 有時 需要更精確的方法鑒定微生物到屬或種水平 另外 有些適宜的方法可以進行株 水平鑒定 這有助于調(diào)查和確定微生物菌株的來源 當某種微生物高頻次出現(xiàn)或者超出產(chǎn)品 使用限量時 鑒定該菌種是必須的 另外 微生物鑒定有助于無菌過程控制 當無菌試驗出 現(xiàn)陽性反應時 需要評估可能的污染來源 如培養(yǎng)基傾注等環(huán)節(jié) 微生物鑒定體系基于不同的分析方法 有時 鑒定結果受方法和數(shù)據(jù)庫的限制 微生物 鑒定是通過與既定的標準或參考菌株 如模式菌株 比較 根據(jù)匹配特性 基因型和 或表 型 確定其種屬 如果某種微生物在數(shù)據(jù)庫中不存在 則得不到鑒定結論 制造商應根據(jù)應 用需要不斷擴充其數(shù)據(jù)庫 研究者應當考慮哪種鑒定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫符合其需求 根據(jù)需要鑒定 的水平 屬 種 株 研究者有時需要選擇合適的方法進行常規(guī)微生物鑒定試驗 關于微生物鑒定試驗 見 USP 62 章節(jié) 無菌產(chǎn)品的微生物檢驗 該章提到通過微生 物在選擇培養(yǎng)基或者特征培養(yǎng)基上的形態(tài)特征鑒定微生物 同樣 USP 71 章 無菌檢驗 提到 已經(jīng)分離并鑒定的菌株 因為試驗材料或者技術方法的原因不能再生長 判定試驗無 效 USP 1116 章 潔凈室和其他受控環(huán)境的微生物評價 推薦分離微生物鑒定要達到一定 比率以支持環(huán)境監(jiān)測項目的需要 菌株的分離與純化菌株的分離與純化 菌種鑒定第一步是分離得到單個純培養(yǎng)菌落 一般采用平板劃線法 通過四分之一區(qū)劃 線的方法 在適宜的固體培養(yǎng)基上劃線 得到單個菌落 同時得到足夠的菌體量進行表型描 述 操作人員應熟悉微生物表型描述 如細胞大小 形態(tài) 芽孢形成 細胞組成 抗原性 生化反應 藥物敏感性 微生物表型受菌株分離源 培養(yǎng)基 生長條件的影響 見表 1 表表 1 表型特征用于微生物分類學表型特征用于微生物分類學 分類分類 特征特性特征特性 菌落 菌落形態(tài) 菌落顏色 形狀和大小 色素產(chǎn)生 形態(tài) 菌體形態(tài) 菌體大小 菌體形狀 鞭毛類型 儲存物質(zhì) 革蘭氏染色 芽孢染色 產(chǎn)孢情況 生理特性 耐氧性 pH 范圍 最適溫度和范圍 抗鹽性 生化特性 碳源利用 碳水化合物氧化和發(fā)酵 酶反應 抑制 膽鹽耐受 抗生素敏感性 染料耐受 血清 凝集反應 免疫熒光抗體反應 化學分類 脂肪酸譜 微生物毒素 全細胞組成 生態(tài)學 菌株來源 微生物的表型受培養(yǎng)條件的影響 對應的 微生物的基因型不受培養(yǎng)條件的影響 獲得 純培養(yǎng)單菌落 菌株的基因型分析就不會受到分離用培養(yǎng)基以及菌體活力的影響 表 2 微生 物基因型判定指標 表表 2 基因特征用于微生物分類學基因特征用于微生物分類學 分類分類 特征特性特征特性 基因型 DNA 堿基含量 G C 含量 限制性片段多態(tài)性 DNA 探針 系統(tǒng)發(fā)育學 DNA DNA 雜交 16S 和 23S rRNA 序列分析 細菌分類根據(jù)伯杰氏細菌手冊系統(tǒng)細菌學 伯杰氏細菌手冊 1 描述 經(jīng)比較分析后獲得 鑒定結果 未知微生物的 DNA 與已知微生物的 DNA 進行比較 可確定兩者相關性 基因 型鑒定 表 2 是通過 DNA 雜交 限制性片段多態(tài)性 和 或 DNA 探針分析實現(xiàn) 例如 DNA DNA 雜交同源性超過 70 表明微生物為同種 系統(tǒng)發(fā)育分析 表 2 通過比較細菌 16s rRNA 部分序列 霉菌和真菌 23s rRNA 部分序列實現(xiàn) 聚合酶鏈反應 PCR 用于擴增這些基 因 通過電泳和雙脫氧鏈終止法進行測序 序列的比較可使用合法經(jīng)驗證的專業(yè)數(shù)據(jù)庫或公 共數(shù)據(jù)庫 注意 公共數(shù)據(jù)庫可能未被驗證 初篩和特征特性描述初篩和特征特性描述 來自藥品原輔料 生產(chǎn)用水 生產(chǎn)環(huán)境 中間體以及終端產(chǎn)品的微生物 通過常規(guī)的培 養(yǎng)基分離培養(yǎng)時 可能會產(chǎn)生選擇性壓力 微生物通過調(diào)節(jié)代謝水平以適應周圍條件 如從 貧瘠的環(huán)境轉(zhuǎn)移到適宜的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件時 可能會產(chǎn)生選擇性壓力 這種變化可通過小 心操作解決 從基礎選擇培養(yǎng)基單菌落快速劃線轉(zhuǎn)移至固體培養(yǎng)基 得到用于鑒定的具有代 表性的單菌落 第一步是通過革蘭氏染色確定菌落的細胞形態(tài)和部分生化反應 這是表型鑒 定的關鍵步驟 如果得到錯誤的細胞特征信息 則后續(xù)選擇錯誤的鑒定試劑盒 導致最終結 果的錯誤 一些初篩試驗如下所述 革蘭氏染色革蘭氏染色 革蘭氏染色包括四步 結晶紫 基礎染色 碘液 助染 酒精或酒精丙酮 脫色 品紅 復染 在最佳的染色條件下 革蘭氏陰性細菌保留結晶紫呈紫色 革蘭氏陰性菌結 晶紫被脫色 只含有品紅呈紅色 有些菌革蘭氏染色可變 易犯的錯誤有 過度加熱固著可 能使革蘭氏陽性菌變?yōu)楦锾m氏陰性菌 老齡培養(yǎng)物可能導致革蘭氏染色不確定 脫色劑使用 過多會出現(xiàn)假陰性 使用太少有可能出現(xiàn)假陽性 將細菌固著在載玻片上時 使用甲醇固著 比加熱更有優(yōu)勢 在某些情況下酒精固定會得到更一致的革蘭氏染色結果 以上任何一種方 法 允許革蘭氏染色結果有時錯誤 因此需要鏡檢進一步觀察細胞形態(tài) 芽孢染色芽孢染色 使用孔雀綠染液進行芽孢染色 設置陽性對照并允許芽孢染色有時錯誤 生化反應篩選生化反應篩選 關鍵生化反應測試包括 1 通過氧化酶反應在非發(fā)酵菌 氧化酶陽性 和腸道菌 氧 化酶陰性 中分離出革蘭氏陰性的棒狀桿菌 2 通過過氧化氫酶反應區(qū)分葡萄球菌 過氧化 氫酶陽性 和鏈球菌 過氧化氫酶陰性 3 通過凝固酶反應區(qū)分凝固酶陰性菌 假定非致 病性 和凝固酶陽性葡萄球菌 致病菌 對于許多類型的生產(chǎn)環(huán)境生物負載調(diào)研 這幾個關鍵生化反應可提供足夠的信息以進行 下一步評估 但是 當需要更深入的評估以分析環(huán)境負載屬性或來源時 微生物需要鑒定到 種 屬或株水平 種水平或株水平的微生物鑒定對于評估微生物污染風險和來源至關重要 通過表型進行微生物鑒定通過表型進行微生物鑒定 表型方法是通過基因表達產(chǎn)物區(qū)分不同的微生物 通常這需要相當數(shù)量的單菌落純培養(yǎng) 物 微生物活化 繁殖和鑒定受到培養(yǎng)條件的限制 事實上許多環(huán)境中的微生物目前還不能 通過常規(guī)培養(yǎng)條件分離 此外 由原代微生物傳代的分離的得到的新鮮子代培養(yǎng)物 其表型 性質(zhì)可能不會充分表達 但是 很多鑒定系統(tǒng)都是基于碳源利用 生理生化反應而設計的 如基于氣相色譜分析的脂肪酸鑒定分析系統(tǒng) 基于飛行時間質(zhì)譜 MALDI TOF 的全細胞組 分分析系統(tǒng) 因此這些系統(tǒng)要求在標準的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)以得到一致的分析結果 微生物表 型鑒定方法成功地應用于食品 水 臨床和藥品微生物檢驗實驗室 2 根據(jù)表型鑒定得到 的信息 微生物學家能夠采取相應措施減少產(chǎn)品風險 也能夠了解環(huán)境微生物群落的變化 在許多質(zhì)量控制中 單獨進行表型鑒定是有效的 幫助科學家獲得信息并推薦合適的糾正措 施 通過基因型鑒定微生物通過基因型鑒定微生物 基因型微生物鑒定方法理論上是更可靠 因為大多數(shù)微生物的核酸序列是高度保守的 常用的測定方法有 DNA DNA 雜交 PCR 16s 和 23s rRNA 測序 多位點序列分型 MLST 焦磷酸測序 DNA 探針 核糖分析 ribotyping 對于微生物學家 這些方法在技術上具有挑 戰(zhàn)性 同時需要昂貴的分析設備和耗材 通常 這些分析是由與企業(yè)合作的實驗室 政府實 驗室 大學 科研院所 大企業(yè)自有的實驗室來完成 因此 基因型鑒定在產(chǎn)品放行等關鍵 緊急情況下受到限制 進一步說 株水平鑒定時 分析人員必須確認方法是適宜的 16 s rRNA 序列前 500 個堿基對于種水平的鑒定很有用 但是對于相近種區(qū)分度不夠 對應的 限制性核酸內(nèi)切酶消化的 Southern 雜交可以有效區(qū)分同種不同株 如果出現(xiàn)兩個 相同的條帶 這說明這種限制性核酸內(nèi)切酶在這兩個微生物 DNA 條帶中具有相同的切割位 點 確認這兩種微生物是相同的 需要兩個或更多的限制性核酸內(nèi)切酶消化 并產(chǎn)生相同的 酶切條帶 與微生物鑒定相比 核酸鑒定可以用來篩選特殊的微生物 這種方法的步驟是采集樣品 提取核酸 放大目標物 雜交和檢驗 死細胞要進行 DNA 擴增 可以先反轉(zhuǎn)錄得到 rRNA rRNA 轉(zhuǎn)錄得到 DNA 采用 PCR 對 DNA 進行擴增 其中的問題包括檢測的微生物變異 檢出限 基質(zhì)影響 陽性截止驗證 儀器和系統(tǒng)殘留物 診斷的準確性和重現(xiàn)性 微生物鑒定方法的驗證微生物鑒定方法的驗證 微生物鑒定的驗證包括血清學試驗 化學試劑 參考菌株和儀器 微生物鑒定系統(tǒng)的驗 證包括 1 現(xiàn)有鑒定系統(tǒng)與常規(guī)鑒定系統(tǒng)平行試驗 測試的分離菌株數(shù)達到 50 株 在 鑒定中的任何差異都需使用參考方法進行仲裁 2 50 株菌中應包含 12 15 種已知的具有 代表性的不同菌株 3 確認 20 50 株菌種鑒定結果 應包括 15 20 個不同的種 并與參考 實驗室菌株樣品鑒定結果一致 3 每次鑒定實驗都需要有合適的質(zhì)控菌株 質(zhì)控菌株由供 應商或法規(guī)標準推薦 同時包括質(zhì)控菌株的方法驗證 使用鑒定系統(tǒng)時 需考慮菌種是否包含在鑒定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中 通常 如果該菌種包含在 鑒定數(shù)據(jù)庫中 90 概率可以得到匹配的鑒定結果 相近的微生物菌種通過鑒定系統(tǒng)鑒定具 有挑戰(zhàn)性 例如非發(fā)酵細菌 棒桿菌 凝固酶陰性葡萄球菌 通常鑒定結果匹配度較低 微生物鑒定系統(tǒng)結果錯誤影響程度由高到低依次為 1 屬鑒別錯誤 2 種鑒別錯誤 3 沒有結論 錯誤鑒定結果導致錯誤的糾正措施及產(chǎn)品處置 由于鑒定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中不包含該種微生物 或者這種微生物的數(shù)據(jù)系統(tǒng)參數(shù)缺乏包容性 或者這種微生物在系統(tǒng)設置的標準培養(yǎng)條件下不生長 或者這種微生物分類地位未被正確描 述 都可能引起這種微生物在鑒定系統(tǒng)中無法鑒定或得不到正確結果 這類的微生物菌種可 送至微生物鑒定系統(tǒng)供應商處進一步研究 后續(xù)添加到鑒定數(shù)據(jù)庫中 或者使用替代方法 如基因型鑒定 確認后可加入內(nèi)部數(shù)據(jù)庫 微生物菌種的錯誤鑒定有時很難判斷 任何微生 物的鑒定都要考慮與形態(tài) 生理生化特征 分離源等信息的符合性 對于大多數(shù)非致病菌 如葡萄球菌 棒桿菌 和其他小的多形性革蘭氏陽性桿菌 微球菌屬 通常只需要鑒定到 屬水平 最重要的驗證試驗是準確性和重現(xiàn)性 這些驗證方法可以如下定義 準確性 正確結果的數(shù)量 結果總數(shù)量 100 重現(xiàn)性 正確的結果一致的數(shù)量 結果總數(shù)量 100 對于準確性和重現(xiàn)性 需要建立適宜的判別標準 并具有可操作性 其他驗證方法包括靈敏性 特異性 陰性和陽性預測值等 通過一個例子可以很好地說 明 臨床微生物實驗室用性傳播細菌奈瑟氏球菌 Neisseria gonorrhaeae 比較 DNA 雜交探 針的分離頻率 3 臨床標本分離頻率的歷史數(shù)據(jù)是 10 該實驗室使用了 100 個分離樣本 結果見表 3 表表 3 DNA 探針和培養(yǎng)方法陰性和陽性結果的分布比較探針和培養(yǎng)方法陰性和陽性結果的分布比較 培養(yǎng)結果培養(yǎng)結果 DNA 探針結果探針結果 陽性 陰性 陽性 9 2 陰性 1 88 靈敏性 9 9 1 100 90 特異性 88 88 2 100 97 7 陽性預測值 9 9 2 100 81 8 陰性預測值 88 88 1 100 98 9 需要注意的是實驗中陽性預測值 PPV 不是固定的 其取決于臨床微生物樣本的普遍程 度 疾病 么 P 包容 排他 陽性 陰性 分析 Kap 系系統(tǒng)統(tǒng) 的第 架 物被 Bras 不同 相似 PPV 直接和 病的比例更高 PPV 就是 10 這些函數(shù)的 表表 4 兩兩 培養(yǎng)方法培養(yǎng)方法 陽性 陰性 合計 ISO 5725 ISO 5725 2 性和再現(xiàn)性的 容性 a 他性 d 性預測值 性預測值 析準確性 ppa 指數(shù) 2 統(tǒng)統(tǒng)發(fā)育學分發(fā)育學分析析 伯杰氏系 第八版和第九 基于核糖體 系統(tǒng)進化樹 被分類修訂并 siliensis 通 同的種 4 但 基因型和表 似表型的菌株 和疾病的流行 高 PPV 就會 00 NPV 為 的數(shù)學推導見 兩兩行兩列聯(lián)表行兩列聯(lián)表采采 PC 陽 a 陽 c 假 a 5 1 1994 準確度 1994 準確度 的基本方法 a b 10 c d 10 a a c d b d a d a 2 adbc a 析析 系統(tǒng)鑒定手冊 九版也有很大 體小亞基 16S 樹或樹形圖顯 并重新命名 通常 微生物 但有時也有例 表型有時不能 株具有不同的 行程度成比例 會變大 陰 為 0 見表 4 采采用培養(yǎng)方法用培養(yǎng)方法和和 CR 方法方法 性 性 假陽性 c 度 真實性和 真實性和精密 00 00 100 100 a b c d a c c 冊 第二版和 大的不同 伯 S RNA 片段的 顯示微生物間 例如 黑曲 物序列相似性 例外 能統(tǒng)一 例如 的基因型 有時 例 在這個例 陰性預測值 和和替代替代 PCR 方方 陰性 b 假陰性 d 陰性 b d 精密 的測量 密 的測量方法 100 d a b 第一版有很大 伯杰氏系統(tǒng)鑒 的分析 而不 的親緣關系 霉 A Niger 性 97 可能 相同或相似 時 表型差異 例子中 如果 NPV 會變小 方方法 法 ISO 5725 性 量方法和結果 第 法和結果 第 2 部 b d 大的不同 與 鑒定手冊 的 不是表型結構 該技術的應 r ATCC 16 能為不同的屬 似基因型的菌 異顯著的菌株 果測試的這一 小 如果全組 5 1 和和 5725 2 合計 a b c d 第 1 部分 總 部分 標準測量 與 伯杰氏細 的組織結構根 構 應用一些使得 6404 重命名 屬 序列相似 菌株 具有不 株屬于相同的 一組人中感染 組人都感染了 2 2004 總則和定義 量方法的重復 細菌學鑒定手 根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育 得眾所周知的 為巴西曲霉 似性 99 可 不同的表型特 的種或?qū)?多 這種 那 手冊 學框 微生 A 可能為 特征 相分 類的定義 5 為 采用多相的方法 如微生物生理生化特征 表型和基因型數(shù)據(jù) 微生物來 源等 共同進行微生物鑒定 盡量避免依靠單獨的基因型數(shù)據(jù) 而不考慮微生物生理生化特 征 歷史試驗數(shù)據(jù) 分離源等信息 術語詞匯表術語詞匯表 微生物分類微生物分類 根據(jù)微生物的相似程度和親緣關系進行分類 微生物鑒定微生物鑒定 廣泛的分類 例如 細菌 酵母或霉菌 狹義的分類 例如 屬和 或種 或 分離自哪個實驗室 微生物生理生化特征微生物生理生化特征 通過菌落生長情況 細胞形態(tài) 染色 關鍵診斷數(shù)據(jù)等描述實驗室分 離菌株 通常以調(diào)查為目的而不是鑒定 例如 非致病性葡萄球菌 Mol GC 染色體 DNA 中鳥嘌呤 胞嘧啶的堿基百分含量 注 GC AT 100 系統(tǒng)發(fā)育種系統(tǒng)發(fā)育種 基因組 DNA 同源性大于 70 Tm 值 5 雜交退火溫度 包含模式菌 株的許多株的集合為一個系統(tǒng)發(fā)育種 多相分類多相分類 通過分子生物學 生理學 形態(tài)學 血清學 生態(tài)分布等集合信息進行微生物菌 種的分類 相關性相關性 兩種或多種微生物在系統(tǒng)發(fā)育樹上相似度及聚類關系 rRNA 序列序列 DNA 序列編碼 rRNA 用于蛋白合成 在同一種中具有高度保守的特性 在分 類和鑒定中 是確定微生物菌種間系統(tǒng)發(fā)育距離的有用標尺 菌株菌株 分離來源清晰 特征特性描述完整的純培養(yǎng)物 模式菌株是種的代表菌株 參考信息 明確 如分離歷史 特征特性 保藏情況等 菌株分型菌株分型 菌株分型是臨床和公眾健康流行病學微生物調(diào)查的組成部分 鑒定方法包括脈沖 場凝膠電泳 PFGE 核型分析 riboprinting 隨機引物聚合酶鏈反應 全基因組限制 性酶切圖譜等 以確定菌株是否來自于同一來源 參考文獻 1 Bergey s Manual of