一种快速鉴定血液样品中微生物病原体的新方法

由伦敦大奥蒙德街儿童健康研究所(GOSH)的研究人员领导的一个合作团队，包括来自哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和剑桥BOA生物医学研究所的研究人员，利用Wyss研究所的FcMBL广谱病原体捕获技术，重新设计了儿科败血症患者血液样本中微生物病原体鉴定的过程。这一进展能够以前所未有的灵敏度和速度实现准确的病原体检测，并可能显著改善儿科和老年血液感染(bsi)和败血症患者的临床结果。

当身体被不断繁殖的入侵者淹没并关闭其器官功能时，带有各种微生物病原体的bsi可以迅速升级为危及生命的败血症。2017年，全球有4890万例败血症病例和1100万例败血症相关死亡。重要的是，全球几乎一半的败血症病例发生在儿童中，估计有2000万例病例，全球有290万例5岁以下儿童死亡。

为了防止bsi发展为全面的败血症，必须尽快确定引起感染的细菌或真菌种类。只有这样，才能及时采用最佳的针对病原体的抗菌或抗真菌治疗。临床实验室用于鉴定致病物种的传统方法耗时且费力，需要两个耗时的培养步骤，至少需要1至3天才能完成。

“对于所有脓毒症患者来说，识别引起感染的病原体所需的时间越长，他们的生存机会就会大大减少，因此，接受最有希望的抗菌治疗，”GOSH的传染病和免疫学教授，该研究的资深作者奈杰尔·克莱因(Nigel Klein)说。“在大奥蒙德街医院，我们一直在努力证明快速诊断的重要性，以及通过创新的方法，我们可以在40分钟到6小时内识别出致病微生物。与成人患者相比，婴儿和幼儿的败血症进展得更快，因此确实需要支持早期发现的诊断方法。准确诊断更为重要，因为儿科患者的血容量很小，这可能使重新采样具有挑战性。”

2020年，资深作者Klein和Elaine Cloutman-Green博士(GOSH的顾问临床科学家和感染控制医生)开始与哈佛大学Wyss研究所的首席科学家Michael Super博士和创始董事Donald Ingber博士合作解决这一问题。Super说:“基于我们早期用FcMBL从关节以及牛和人血液中分离病原体的成功，我们假设将FcMBL介导的病原体捕获构建到改进的临床血培养方案中可以缩短时间并减少所需患者样本的大小，从而产生与耗时的血培养方案相同的结果。”

在目前临床环境中进行的病原体鉴定过程中，首先将血液样本添加到含有液体介质的瓶子中，其中如果存在传染性微生物，则将其扩增到一定密度。然后，扩增的微生物作为分离的菌落在固体培养基上生长，其组成细胞最终可以通过高度敏感，快速且相对便宜的分析方法MALDI-TOF质谱(MS)进行鉴定。“事实上，使用FcMBL直接从培养的液体血液培养物中分离感染性微生物，可以更早地用于MALDI-TOF质谱分析，”Super补充道。

FcMBL是广谱病原体捕获技术的关键组成部分。它由一种被称为甘露糖结合凝集素(MBL)的基因工程人类免疫蛋白组成，该蛋白与抗体分子的Fc片段融合，产生最终的FcMBL蛋白。在这种配置下，FcMBL的MBL部分可以高效捕获100多种不同的微生物物种，包括几乎所有导致败血症的细菌和真菌病原体。FcMBL的Fc部分可用于将其与磁珠耦合，从而使捕获的病原体快速从患者样本和液体血液培养中提取出来。

在项目的早期阶段，Wyss团队向GOSH团队提供纯化的头部偶联FcMBL，该团队可以获得医院儿科患者的血液样本。在后期阶段，败血症和传染病公司BOA Biomedical为该项目提供了FcMBL试剂和关键专业知识。该公司由Super和Ingber共同创立，旨在将Wyss研究所的FcMBL技术商业化。同时，BOA Biomedical开发了FcMBL的制造能力，以满足美国食品和药物管理局(FDA)和其他联邦卫生机构生产治疗和诊断产品的要求。

“我们的FcMBL方法开辟了识别致病生物的机会，比使用标准培养技术提前24至48小时指导治疗。这也使我们能够使用这种识别，使任何正在进行的抗生素敏感性培养更适合患者的需要。这种方法不依赖于特定的平台或制造商，因此我们看到了它成为临床病原体检测的新标准处理步骤的明显潜力，”Cloutman-Green说。

“FcMBL方法在68名儿科患者的临床血液培养分析中发现了94.1%的微生物物种，”第一作者Kerry Kite说，她与Klein和Cloutman-Green一起完成了她的研究生工作。“与MBT Sepsityper®方法相比，使用FcMBL方法能够在阳性液体血培养中鉴定出更多的传染性物种(25 / 25 vs 17 / 25)，这种趋势在常见真菌病原体念珠菌的情况下更加明显(24 / 24 vs 9 / 24)。”念珠菌约占所有严重败血症病例的5%，是美国从患者血液中分离出的第四大常见病原体。念珠菌和其他真菌感染不仅需要特定的抗真菌治疗，而且区分各种类型的致病真菌有助于指导适当的抗菌治疗。特别是在新生儿重症监护病房，念珠菌感染是发病率和死亡率的主要原因，导致多达40%的婴儿死亡，并经常导致存活婴儿的神经发育障碍。

Ingber说:“通过不断调整强大的FcMBL病原体捕获技术来满足未满足和紧迫的诊断需求，例如儿科患者败血症的快速诊断，我们希望深刻地改变所有年龄段患者经常令人沮丧的前景。”“我们的最终目标是能够准确、甚至更快地直接识别小样本血液中的病原体，而不需要任何额外的微生物培养。”Ingber还是哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院的Hansjörg Wyss生物启发工程教授。

参考:李建军，刘建军，刘建军，等。基于FcMBL磁珠的MALDI-TOF质谱从阳性血培养中快速识别儿科血流感染。《公共科学图书馆•综合》．2022; 17 (11): e0276777。doi:10.1371 / journal.pone.0276777

这篇文章是根据以下内容重新发表的材料．注:材料可能因长度和内容而被编辑。欲了解更多信息，请与引用的来源联系。