高通量细菌药敏检测仪器的研制及应用

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研制的细菌药敏试验高通量检测仪器包括高通量药敏试验接种仪、96点阵琼脂检测盒、便携式细菌培养箱、药敏试验图像采集转换仪等,实现了细菌药敏试验高通量检测技术的准确性、稳定性、标准化。根据美国临床实验室标准化协会药敏试验稀释法标准,对药敏试验接种仪的结构和操作稳定性、重复性、与CLSI药敏标准方法比对验证等性能进行了研究,并使用该药敏试验接种仪方法与CLSI药敏标准微量肉汤稀释法分别检测了8种抗生素对48株禽源大肠杆菌临床分离株的最低抑菌浓度。结果显示:该药敏试验接种仪便于灭菌,易于操作,结构合理,接种细菌量重复性好,与CLSI微量肉汤稀释法比对检测结果吻合率达95%,批量检测结果吻合率90%以上,检测效率高5倍以上。针对国内养殖场临床化验不具备细菌培养条件的现状,研制开发出一种便携式细菌培养箱,箱体的长、宽、高分别为40~50 cm、20~30 cm、20~30 cm,热功率为30~40 W。主要由密封的泡沫盒、加热带、电线、温控开关等组成,经过温度稳定性、温度差异性、与常规恒温培养箱培养性能比对验证及使用费用对比、实地培养应用等研究,结果表明,该便携式细菌培养箱体积小、重量轻、便于携带,箱体内温度相对恒定(温度范围30-42℃),符合常规细菌的培养要求,与常规培养设备相比成本降低90%,适用于基层现场和实验室培养细菌。研制的药敏试验图像采集转换仪包括外壳、显示屏、图像采集室、控制板、图像采集转换装置,其中显示屏固定在壳体上,控制板、图像采集转换装置和图像采集室安装在内部,图像采集转换装置与图像采集室对应,控制板连接控制器,图像采集转换装置的数据输出端口连接控制器的数据接收端口,显示屏连接控制器。图像采集转换装置包括扫描仪和光源。CMOS感光器或CCD感光器,连接到控制器。稳定性验证结果表明药敏试验图像采集系统进出托盘和操作系统运行顺畅。每个药敏板的读数值基本一致,重复性好。与目测结果比对验证表明,两种方法检测结果一致,而且检测效率是目测的5倍以上。检测敏感性研究结果表明,图像采集仪能够识别琼脂板上直径大于0.5mm的菌落。本软件设计记忆功能,对于初次不能识别的较小直径菌落,经过软件识别标记,再次扫描时即能识别。为便于操作,撰写了96点阵药敏计算机采集系统v1.0使用说明书。以上研究结果表明,药敏试验图像采集转换仪能够实现高通量图像采集和MIC统计分析,设计合理,运行稳定,读取结果重复性好,敏感性高,检测效率比常规目测和手工录入数据提高10倍以上,适合批量细菌药敏试验检测。为验证该优化集成的细菌药敏试验高通量检测仪器,使用该集成技术对分离鉴定的临床分离细菌进行了抗药性检测,在此基础上检测高抗药性基因。分离鉴定出菌株总数为10617株,主要包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肠球菌、沙门氏菌、克雷伯氏菌、变形杆菌等。对主要细菌进行了抗药性检测,筛选部分抗药性水平较高的细菌,对其抗药性基因进行了检测,并统计了10余种常用药物对细菌的MIC频率分布。结果表明,大肠杆菌对于氟苯尼考、恩诺沙星、氨苄西林、复方新诺明、对多黏菌素、头孢噻肟、头孢噻呋、多西环素、环丙沙星抗药率高于40%;对庆大霉素、阿莫西林-克拉维酸、左氧氟沙星、阿米卡星相对敏感。沙门氏菌的总体抗药性水平略低于大肠杆菌。金黄色葡萄球菌对复方新诺明、红霉素、氨苄西林、阿莫西林-克拉维酸等的抗药性高于70%,对其它药物较为敏感性低于20%。健康动物源大肠杆菌对多西环素、氟苯尼考、庆大霉素、头孢噻呋、多黏菌素的抗药性明显低于病料来源大肠杆菌。健康动物粪便源大肠杆菌在一定程度上具有养殖畜种抗药性背景指示菌的作用。多重高抗表型的大肠杆菌和致病性大肠杆菌均含有多种抗性基因,同时含有多种毒力基因。从山东省8个大型集约化养鸡场中720份新鲜粪便样品,分离鉴定到697株非重复大肠杆菌。检测结果表明:83株携带mcr-1基因;从mcr-1阳性菌株中共检测到5种ESBL基因和4种PMQR基因。药敏检测只用了1个月时间,比常规方法节省5个月,检测成本降低80%。综上所述,细菌药敏试验高通量检测技术准确、稳定、可重复、效率高,使用成本低,适应性强,为国内首创,获得国家发明专利,适用于科研、教学、生产,为细菌抗药性检测与研究提供技术支持。
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