微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測炭疽芽孢桿菌生長及抗菌藥敏感性
炭疽芽胞桿菌是炭疽的病原體，并已被美國聯(lián)邦選擇代理人計劃指定為一級選擇代理人，因為它存在著被故意濫用為生物威脅劑的高風險。2001年炭疽桿菌的孢子被惡意散布在通過美國郵政系統(tǒng)發(fā)送的信件中。如何降低炭疽病的發(fā)病率和死亡率的關鍵決定包括快速選擇和分配有效的抗菌劑以進行治療和暴露后預防?？咕啬退幮缘臋z測目前依賴于傳統(tǒng)的肉湯微量稀釋方法，該方法需要炭疽桿菌的培養(yǎng)時間為16至20小時。高分辨率光學篩選技術(Biosense微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng))的進步提供了一種新技術，可以更快速地評估抗菌藥的敏感性并同時評估菌株的生長特征。
本論文的研究人員描述了一種新方法，該方法已開發(fā)并評估為一種快速的抗菌藥敏感性試驗，用于炭疽桿菌的研究。該方法基于自動數(shù)字延時顯微鏡，使用光學篩選儀器oCelloScope（BioSense微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)）觀察相關抗生素的生長和形態(tài)學影響。這種檢測方法可以在≤4小時內確定每種抗生素的敏感性，比傳統(tǒng)方法所需的時間少75％至80％，從光學篩查圖像匯編的延時視頻圖像顯示了炭疽芽孢桿菌菌株之間生長特性及意外差異性。
?丹麥Biosense微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應用
用oCelloscope微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(Biosense)來實時監(jiān)測炭疽芽孢桿菌的菌株特異性生長特征以及炭疽芽胞桿菌與抗生素一起作用生長動力學過程及菌株的形態(tài)變化。結合oCelloScope系統(tǒng)本身的數(shù)字延時顯微鏡對肉湯培養(yǎng)中炭疽桿菌生長進行成像，從對流體樣品的掃描產生光學篩選圖像，了解存在抗微生物劑（抗菌劑）的情況下對炭疽桿菌的生長或抑制生長情況。
實驗結果
使用Biosense光學篩選儀器oCelloScope觀察相關抗生素的生長和形態(tài)學影響。在存在或不存在青霉素，環(huán)丙沙星或強力霉素的情況下，隨時間監(jiān)測炭疽桿菌菌株的生長情況。在≤4小時內確定每種抗生素的敏感性，比傳統(tǒng)方法所需的時間少75％至80％。從光學篩查圖像匯編的延時視頻圖像顯示了炭疽芽孢桿菌菌株之間生長特性的意外差異性。該研究提供了一種新方法，可以快速檢測表型抗菌素耐藥性并記錄炭疽桿菌的生長特性。
圖1、減毒炭疽桿菌控制菌株的生長動力學。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小時后，Sterne（PEN s CIP s DOX s）和JB34（PEN r CIP ns DOX ns）。通過SESA算法測量炭疽桿菌的生長。
圖2、減毒炭疽桿菌單個時間點實驗，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小時后的對照菌株。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算法測量生長。不存在抗生素的情況下菌株的生長歸一化為1，存在抗生素的情況下生長的分數(shù)按1的一部分計算。
圖3、在35°C下在18小時內評估了炭疽芽孢桿菌SK57（A），UT223（B），Ames（C），Vollum（D），A0264（E），A0102（F）和240（G）的生長動力學。在沒有抗生素的情況下。通過SESA算法測量生長。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復制）之外，圖表示平均生長值±來自三個復制孔的標準偏差。在6至8小時之間拍攝的細胞聚集的光學篩選圖像和單個菌落的立體顯微鏡圖像顯示在右側。
圖4、在35℃條件下，通過光學篩選對炭疽桿菌Vollum(PEN)和UT223(PENr)(A)、Ames(PEN)和SK57(PENr)(B)的生長動力學進行評估。細菌的增長由SESA算法測量獲得。表格C列出了在存在PEN的情況下確定炭疽桿菌Ames和Vollum的敏感性所需的時間（小時）。時間以平均值±重復生物學實驗的標準偏差報告（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小時后得到的菌株生長情況。這些菌株的CLSI敏感性解釋為抗性（R）或易感性（S）。
?總結
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，有可能對公眾造成生物恐怖主義風險。抗菌素耐藥性是在準備和應對有意釋放時必須考慮的重要因素。為了減少檢測抗菌素耐藥性所需的時間對于防止因炭疽暴發(fā)或檢測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防至關重要。對于表型抗菌藥敏感性測試，探索新穎的方法和評估新技術至關重要。為了解決這些問題，研究人員引用了光學篩選系統(tǒng)oCelloScope（Biosense微生物動態(tài)生長監(jiān)測系統(tǒng)）開發(fā)并評估了炭疽芽孢桿菌的快速，功能性抗菌藥敏感性試驗。通過使用或不使用抗微生物劑PEN，CIP和DOX進行的細菌生長的實時自動檢測可提供表型敏感性數(shù)據(jù)。該光學篩查法（Biosense微生物動態(tài)生長監(jiān)測系統(tǒng)）結果均與常規(guī)藥敏試驗的結果一致，且可在≤4小時內獲得。由于常規(guī)的BMD測試需要足夠的可見生長來解釋結果，因此確定抗菌藥敏感性曲線所需的時間減少了75％至80％，光學篩查法（Biosense微生物動態(tài)生長監(jiān)測系統(tǒng)）能夠一次檢測多達96種細菌-抗生素組合的實時生長。每種96孔板均可以測試多種細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行測試。該測試方法實時可視化炭疽芽孢桿菌生長的能力指導了研究人員快速抗菌藥敏試驗的方法開發(fā)。Biosense微生物動態(tài)生長監(jiān)測系統(tǒng)使用的光學篩選法可以揭示菌株之間的生長特性及菌株形態(tài)上的顯著變化。通過光學篩選從生長動力學和互補視頻成像以及菌落形態(tài)的觀察中獲取數(shù)據(jù)，該技術今后對于以表征其他生物威脅因子也存在非常好的應用前景，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。
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