微生物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)炭疽芽孢桿菌生長(zhǎng)及抗菌藥敏感性
炭疽芽胞桿菌是炭疽的病原體，并已被美國(guó)聯(lián)邦選擇代理人計(jì)劃指定為一級(jí)選擇代理人，因?yàn)樗嬖谥还室鉃E用為生物威脅劑的高風(fēng)險(xiǎn)。2001年炭疽桿菌的孢子被惡意散布在通過美國(guó)郵政系統(tǒng)發(fā)送的信件中。如何降低炭疽病的發(fā)病率和死亡率的關(guān)鍵決定包括快速選擇和分配有效的抗菌劑以進(jìn)行治療和暴露后預(yù)防。抗菌素耐藥性的檢測(cè)目前依賴于傳統(tǒng)的肉湯微量稀釋方法，該方法需要炭疽桿菌的培養(yǎng)時(shí)間為16至20小時(shí)。高分辨率光學(xué)篩選技術(shù)(Biosense微生物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng))的進(jìn)步提供了一種新技術(shù)，可以更快速地評(píng)估抗菌藥的敏感性并同時(shí)評(píng)估菌株的生長(zhǎng)特征。
本論文的研究人員描述了一種新方法，該方法已開發(fā)并評(píng)估為一種快速的抗菌藥敏感性試驗(yàn)，用于炭疽桿菌的研究。該方法基于自動(dòng)數(shù)字延時(shí)顯微鏡，使用光學(xué)篩選儀器oCelloScope（BioSense微生物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）觀察相關(guān)抗生素的生長(zhǎng)和形態(tài)學(xué)影響。這種檢測(cè)方法可以在≤4小時(shí)內(nèi)確定每種抗生素的敏感性，比傳統(tǒng)方法所需的時(shí)間少75％至80％，從光學(xué)篩查圖像匯編的延時(shí)視頻圖像顯示了炭疽芽孢桿菌菌株之間生長(zhǎng)特性及意外差異性。
?丹麥Biosense微生物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用
用oCelloscope微生物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Biosense)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)炭疽芽孢桿菌的菌株特異性生長(zhǎng)特征以及炭疽芽胞桿菌與抗生素一起作用生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過程及菌株的形態(tài)變化。結(jié)合oCelloScope系統(tǒng)本身的數(shù)字延時(shí)顯微鏡對(duì)肉湯培養(yǎng)中炭疽桿菌生長(zhǎng)進(jìn)行成像，從對(duì)流體樣品的掃描產(chǎn)生光學(xué)篩選圖像，了解存在抗微生物劑（抗菌劑）的情況下對(duì)炭疽桿菌的生長(zhǎng)或抑制生長(zhǎng)情況。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
使用Biosense光學(xué)篩選儀器oCelloScope觀察相關(guān)抗生素的生長(zhǎng)和形態(tài)學(xué)影響。在存在或不存在青霉素，環(huán)丙沙星或強(qiáng)力霉素的情況下，隨時(shí)間監(jiān)測(cè)炭疽桿菌菌株的生長(zhǎng)情況。在≤4小時(shí)內(nèi)確定每種抗生素的敏感性，比傳統(tǒng)方法所需的時(shí)間少75％至80％。從光學(xué)篩查圖像匯編的延時(shí)視頻圖像顯示了炭疽芽孢桿菌菌株之間生長(zhǎng)特性的意外差異性。該研究提供了一種新方法，可以快速檢測(cè)表型抗菌素耐藥性并記錄炭疽桿菌的生長(zhǎng)特性。
圖1、減毒炭疽桿菌控制菌株的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。在存在或不存在PEN（A），CIP（B）或DOX（C）的條件下，在35°C下培養(yǎng)8小時(shí)后，Sterne（PEN s CIP s DOX s）和JB34（PEN r CIP ns DOX ns）。通過SESA算法測(cè)量炭疽桿菌的生長(zhǎng)。
圖2、減毒炭疽桿菌單個(gè)時(shí)間點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，在存在或不存在PEN（A），DOX（B）或CIP（C）的情況下，于35°C培養(yǎng)4小時(shí)后的對(duì)照菌株。這些菌株的CLSI敏感性解釋為抗性（R），非敏感性（NS）或易感性（S）。通過使用BCA算法測(cè)量生長(zhǎng)。不存在抗生素的情況下菌株的生長(zhǎng)歸一化為1，存在抗生素的情況下生長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)按1的一部分計(jì)算。
圖3、在35°C下在18小時(shí)內(nèi)評(píng)估了炭疽芽孢桿菌SK57（A），UT223（B），Ames（C），Vollum（D），A0264（E），A0102（F）和240（G）的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。在沒有抗生素的情況下。通過SESA算法測(cè)量生長(zhǎng)。除了炭疽芽孢桿菌A0264和A0102（其中的圖由于其聚集表型而顯示代表性的單個(gè)復(fù)制）之外，圖表示平均生長(zhǎng)值±來自三個(gè)復(fù)制孔的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在6至8小時(shí)之間拍攝的細(xì)胞聚集的光學(xué)篩選圖像和單個(gè)菌落的立體顯微鏡圖像顯示在右側(cè)。
圖4、在35℃條件下，通過光學(xué)篩選對(duì)炭疽桿菌Vollum(PEN)和UT223(PENr)(A)、Ames(PEN)和SK57(PENr)(B)的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行評(píng)估。細(xì)菌的增長(zhǎng)由SESA算法測(cè)量獲得。表格C列出了在存在PEN的情況下確定炭疽桿菌Ames和Vollum的敏感性所需的時(shí)間（小時(shí)）。時(shí)間以平均值±重復(fù)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差報(bào)告（D）在存在或不存在PEN的情況下，在35℃在8h后拍攝的抗性炭疽桿菌菌株的光學(xué)篩選圖像。
圖5、炭疽芽孢桿菌在存在或不存在PEN（A），DOX（B）或CIP（C）的情況下，于35°C培養(yǎng)4小時(shí)后得到的菌株生長(zhǎng)情況。這些菌株的CLSI敏感性解釋為抗性（R）或易感性（S）。
?總結(jié)
炭疽芽孢桿菌由于其孢子的穩(wěn)定性，通過霧化作用廣泛傳播的能力以及高致死率的潛力，有可能對(duì)公眾造成生物恐怖主義風(fēng)險(xiǎn)。抗菌素耐藥性是在準(zhǔn)備和應(yīng)對(duì)有意釋放時(shí)必須考慮的重要因素。為了減少檢測(cè)抗菌素耐藥性所需的時(shí)間對(duì)于防止因炭疽暴發(fā)或檢測(cè)到的生物威脅情況而延遲有效治療的分布或避免暴露后預(yù)防至關(guān)重要。對(duì)于表型抗菌藥敏感性測(cè)試，探索新穎的方法和評(píng)估新技術(shù)至關(guān)重要。為了解決這些問題，研究人員引用了光學(xué)篩選系統(tǒng)oCelloScope（Biosense微生物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）開發(fā)并評(píng)估了炭疽芽孢桿菌的快速，功能性抗菌藥敏感性試驗(yàn)。通過使用或不使用抗微生物劑PEN，CIP和DOX進(jìn)行的細(xì)菌生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)可提供表型敏感性數(shù)據(jù)。該光學(xué)篩查法（Biosense微生物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）結(jié)果均與常規(guī)藥敏試驗(yàn)的結(jié)果一致，且可在≤4小時(shí)內(nèi)獲得。由于常規(guī)的BMD測(cè)試需要足夠的可見生長(zhǎng)來解釋結(jié)果，因此確定抗菌藥敏感性曲線所需的時(shí)間減少了75％至80％，光學(xué)篩查法（Biosense微生物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）能夠一次檢測(cè)多達(dá)96種細(xì)菌-抗生素組合的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)。每種96孔板均可以測(cè)試多種細(xì)菌分離物和多種抗生素，并且每種抗生素都可以不同濃度進(jìn)行測(cè)試。該測(cè)試方法實(shí)時(shí)可視化炭疽芽孢桿菌生長(zhǎng)的能力指導(dǎo)了研究人員快速抗菌藥敏試驗(yàn)的方法開發(fā)。Biosense微生物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的光學(xué)篩選法可以揭示菌株之間的生長(zhǎng)特性及菌株形態(tài)上的顯著變化。通過光學(xué)篩選從生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和互補(bǔ)視頻成像以及菌落形態(tài)的觀察中獲取數(shù)據(jù)，該技術(shù)今后對(duì)于以表征其他生物威脅因子也存在非常好的應(yīng)用前景，包括鼠疫耶爾森菌，假蘋果伯克霍爾德菌和土拉弗朗西斯菌。
相關(guān)新聞推薦
1、不同溫度、濃度LM在營(yíng)養(yǎng)肉湯中的生長(zhǎng)曲線
2、大腸桿菌在不同氧環(huán)境下生長(zhǎng)特性：耗氧情況下比厭氧情況下生長(zhǎng)更好
3、納米銀的制備方法及對(duì)小麥赤霉病菌抗菌活性的影響（二）