การเตรียมตัวอย่างแบบง่ายด้วย SDS เพื่อวินิจฉัยเชื้อโดยตรงจากตัวอย่างเลือดด้วย MALDI-TOF MS
คำสำคัญ:
การวินิจฉัยเชื้อโดยตรง, การเพาะเชื้อจากเลือด, MALDI-TOF MSบทคัดย่อ
การติดเชื้อในกระแสเลือดเป็นภาวะที่เป็นอันตรายถึงชีวิต การวินิจฉัยเชื้อก่อโรคได้อย่างถูกต้องและรวดเร็ว เป็นปัจจัยสำคัญที่จะทำให้ผู้ป่วยได้การดูแลรักษาที่ถูกต้องและทันท่วงที ซึ่งช่วยยลดความรุนแรงและ ภาวะแทรกซ้อนของโรคลงได้ การศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินวิธีการเตรียมตัวอย่างเลือดสำหรับการจำแนกชนิดของเชื้อโดยตรงด้วยเทคนิค matrix-assisted laser desorption/ionization-time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) โดยเตรียมตัวอย่างเลือดจากตัวอย่างที่พบผลบวกจากเครื่องเพาะเชื้อแบบอัตโนมัติ (the BACTEX FX system) จำนวน 157 ตัวอย่าง เริ่มจากการทำให้เซลล์แตกด้วยสารละลาย 10% sodium dodecyl sulfate (SDS) จากนั้นสกัดโปรตีนด้วยสารละลาย 70% formic acid และ acetonitrile ก่อนนำไปจำแนกชนิดของเชื้อด้วยเทคนิค MALDI-TOF MS เทียบกับวิธีมาตรฐานซึ่งทดสอบด้วยโคโลนีที่ได้จากอาหารเลี้ยงเชื้อแข็ง ผลการศึกษาพบว่าการจำแนกชนิดของเชื้อจากตัวอย่างโดยตรงให้ผลการทดสอบถูกต้องในระดับ species และ genus คิดเป็นร้อยละ 81.53 (128/157) และร้อยละ 14.01 (22/157) ตามลำดับ ไม่สามารถรายงานผลได้ร้อยละ 4.46 (7/157) โดยร้อยละ 3.82 (6/157) ให้ผลการทดสอบที่มีระดับคะแนน (spectral score) น้อยกว่า 1.70 และร้อยละ 0.64 (1/157) ไม่พบ spectrum ของโปรตีน ผลการศึกษาไม่พบการจำแนกชนิดของเชื้อผิดพลาดจากการใช้ตัวอย่างโดยตรง ผลการทดสอบในกลุ่มแบคทีเรียแกรมลบ แกรมบวก และเชื้อกลุ่มอื่น ๆ (ยีสต์และมัยโคแบคทีเรีย) การทดสอบจากตัวอย่างเลือดโดยตรงเทียบกับการใช้โคโลนีมีความถูกต้องในระดับ species คิดเป็นร้อยละ 75.68 (56/74), 88.24 (60/68) และ 80.00 (12/15) ตามลำดับ และความถูกต้องในระดับ genus คิดเป็นร้อยละ 17.58 (13/74), 10.29 (7/68) และ 13.33 (2/15) ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบระดับคะแนน (spectral score) ระหว่างสองวิธี ด้วย Wilcoxon Signed Rank test (p < 0.05) พบว่าการใช้ตัวอย่างเลือดโดยตรงให้ผลการทดสอบไม่แตกต่างกับการใช้โคโลนีในกลุ่มแบคทีเรียแกรมลบ (p = 0.142)และเชื้ออื่น ๆ (ยีสต์และมัยโคแบคทีเรีย) (p = 0.530) ส่วนแบคทีเรียแกรมบวก การใช้โคโลนีในการวินิจฉัยชนิดของเชื้อด้วย MALDI-TOF MS จะมีระดับคะแนน (score) สูงกว่าการใช้ตัวอย่างเลือดโดยตรง อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p < 0.05) การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการจำแนกชนิดของเชื้อจากตัวอย่างเลือดโดยตรงด้วย MALDI-TOF MS ให้ผลการทดสอบที่สอดคล้องกับวิธีอ้างอิง สามารถรายงานผลชนิดของเชื้อได้เร็วไม่เกิน 30 นาที - 2 ชั่วโมง ระยะเวลาไม่ต่างจากการย้อมสีแกรม และยังให้ผลดีกว่าเนื่องจากทราบชนิดของเชื้อก่อโรค ช่วยให้แพทย์สามารถพิจารณาใช้ยาได้ตรงกับชนิดเชื้อ ทำให้การรักษามีประสิทธิภาพ ลดอัตราการเสียชีวิต รวมถึงป้องกันการเกิดการดื้อยาในอนาคต
References
Kumar A, Roberts D, Wood KE, et al. Duration of hypotension before initiation of effective antimicrobial therapy is the critical determinant of survival in human septic shock. Crit Care Med 2006; 34: 1589-96. DOI: 10.1097/01.CCM. 0000217961.75225.E9
Anderson FS, Rodrigo C, Schandert L, et al. Evaluation of MALDI-TOF MS in the microbiology laboratory. J Bras Patol Med Lab 2013; 49: 191-7. doi.org/10.1590/ S1676-24442013000300006
Yun F, Wang W, Jianfeng Fu. Rapid laboratory diagnosis for respiratory infectious diseases by using MALDI-TOF mass spectrometry. J Thorac Dis 2014; 6: 507-11. doi: 10.3978/j.issn.2072- 1439.2014.03.34
Patel R. MALDI-TOF MS for the Diagnosis of Infectious Diseases. Clin Chem 2015; 61: 100-11. doi.org/10.1373/ clinchem.2014.221770
Shin TG, Jo IJ, Hwang SY, et al. Comprehensive interpretation of central venous oxygen saturation and blood lactate levels during resuscitation of patients with severe sepsis and septic shock in the Emergency Department. Shock 2016; 45: 4-9. doi:10.1097/SHK.0000000000000466
Dugar S, Choudhary C, Duggal A. Sepsis and septic shock: Guideline-based management. Cleve Clin J Med 2020; 87: 53-64. doi: 10.3949/ccjm.87a.18143
Ferreira L, Sánchez-Juanes F, Porras-Guerra I, et al. Microorganisms direct identification from blood culture by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Clin Microbiol Infect 2011; 17: 546-51. doi:10.1111/j.1469-0691.2010.03257.x
Perez KK, Olsen RJ, Musick WL, et al. Integrating rapid pathogen identification and antimicrobial stewardship signifi- cantly decreases hospital costs. Arch Pathol Lab Med 2013; 137: 1247-54. doi:10.5858/ arpa.2012-0651-OA
Oviano M, Rodríguez-Sanchez B, Gomara M, et al. Direct identification of clinical pathogens from liquid culture media by MALDI-TOF MS analysis. Clin Microbiol and Infect 2018; 24: 624-9. doi:10.1016/j.cmi.2017.09.010
Ferroni A, Suarez S, Beretti JL, et al. Real time identification of bacteria and yeast in positive blood culture broths by MALDI- TOF-mass spectrometry. J Clin Microbiol 2010; 48: 1542-8.
Garnacho-MonteroJ,Gutierrez-Pizarraya A, Escoresca-Ortega A, et al. De-escalation of empirical therapy is associated with lower mortality in patients with severe sepsis and septic shock. Intensive Care Med 2014; 40: 32-40. doi:10.1007/ s00134-013-3077-7
Ponderand L, Pavese P, Maubon D, et al. Evaluation of rapid sepsityper module (Bruker Daltinics) for the rapid diagnosis of bacteremia and fungemia by MALDI- TOF-MS. Ann Clin Microbiol Antimicrob 2020; 19: 1-15. doi:10.1186/s12941- 020-00403-w
Wimmer JL, Long SW, Cernoch P, et al. Strategy for rapid identification and antibiotic susceptibility testing of gram-negative bacteria directly recovered from positive blood cultures using the Bruker MALDI Biotyper and the BD Phoenix System. J Clin Microbiol 2012; 50: 2452-4. doi:10.1128/JCM.00409-12
Seng P, Drancourt M, Gouriet F, et al. “Ongoing revolution in bacteriology: routine identification of bacteria by matrix assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Clin Infect Dis 2009; 49: 543-51.
Florio W, Tavanti A, Barnini S, Ghelardi E, Lupetti A. Recent advances and ongoing challenges in the diagnosis of microbial infections by MALDI-TOF mass spectrometry. Front Microbiol 2018; 1-9. doi:10.3389/fmicb.2018.01097
Hou TY, Chiang-Ni C, Teng SH. Current status of MALDI-TOF mass spectrometry in clinical microbiology. J Food Drug Anal 2019; 27: 404-14.
Han SS, Jeong YS, Choi SK. Current Scenario and Challenges in the Direct Identification of Microorganisms Using MALDI TOF MS. Microorganisms 2021; 9: 1-11. doi:10.3390/microorganisms 9091917
Morgenthaler NG, Kostrzewa M. Rapid identification of pathogens in positive blood culture of patients with sepsis: review and metaanalysis of the performance of the sepsityper kit. Int J Microbiol 2015: 1-10.
Loonen AJ, Jansz AR, Stalpers J, Wolffs PF, van den Brule AJ. An evaluation of three processing methods and the effect of reduced culture times for faster direct identification of pathogens from BacT/ ALERT blood cultures by MALDI-TOF MS. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2012; 31: 1575-83.
Schubert S, Weinert K, Wagner C, et al. “Novel, improved sample preparation for rapid, direct identification from positive blood cultures using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry”. J Mol Diagn 2011; 13: 701-6.
Kok J, Thomas LC, Olma T, Chen SCA, Iredell JR. Identification of bacteria in blood culture broths using matrix-assisted laser desorption-ionization SepsityperTM and time of flight mass spectrometry. PLoS One 2011; 6: 1-7.
Wada A, Mari Kono M, Kawauchi S, Takagi Y, Morikawa T, Funakoshi K. Rapid discrimination of gram-positive and gram-negative bacteria in liquid samples by using NaOH-sodium dodecyl sulfate solution and flow cytometry. PLoS One 2012; 7: 1-10.
Cayrou C, Raoult D, Drancourt M. Matrix-assisted laser desorption/ionization time of-flight mass spectrometry for the identification of environmental organisms: the Planctomycetes paradigm. Environ Microbiol Rep 2010; 2: 752-60.
Bourassa L. MALDI TOF MS Quality Control in Clinical Microbiology. Clinical Laboratory News. [serial on the Internet]. 2018 Jan [cited 2023 Sep 11]. Available form: https://www.aacc.org/cln/ articles/2018/janfeb/maldi-tof-ms-quality- control-in-clinical-microbiology.
Marko DC, Saffert RT, Cunningham SA, et al. Evaluation of the Bruker Biotyper and Vitek MS matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry systems for identification of nonfermenting gram-negative bacilli isolated from cultures from cystic fibrosis patients. J Clin Microbiol 2012; 50: 2034-9. doi:10.1128/JCM.00330-12
Arroyo MA, Denys GA. Parallel Evaluation of the MALDI Sepsityper and Verigene BC-GN Assays for rapid identification of gram-negative bacilli from positive blood cultures. J Clin Microbiol 2017; 55: 2708-18.
Clerc O, Prod’hom G, Vogne C, Bizzini A, Calandra T, Greub G. Impact of matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry on the clinical management of patients with gram-negative bacteremia: a prospective observational study. Clin Infect Dis 2013; 56: 1101-7.
Nomura F, Tsuchida S, Murata S, Satoh M, Matsushita K. Mass spectrometry- based microbiological testing for blood stream infection. Clin Proteom 2020; 17: 1-11. doi:10.1186/s12014-020-09278-7
Lin JF, Ge MC, Liu TP, Chang SC, Lu JJ. A simple method for rapid microbial identification from positive monomicrobial blood culture bottles through matrix- assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. J Microbiol Immunol Infect 2018; 51: 659-65.
Stevenson LG, Drake SK, Murray PR. Rapid identification of bacteria in positive blood culture broths by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J Clin Microbiol 2010; 48: 444-7.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2023 วารสารเทคนิคการแพทย์
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
