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哪些细节决定了质谱应用于微生物鉴定的“准确性”？

哪些细节决定了质谱应用于微生物鉴定的“准确性”？ 广州千江企业集团
2020-06-11
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导读：带你了解数据库的秘密

专家怎么看？


MALDI-TOF MS用于微生物鉴定，实现了鉴定过程质谱的快速性、便捷性和准确性，其中鉴定准确性是仪器的核心，也是老师们最关心的内容。


那么提高准确性的关键在于哪呢？


我们先看一下目前针对这个领域的专家是怎么看的！


国内最新共识《中国临床微生物质谱应用专家共识》


依据共识内容，MALDI-TOF MS技术在临床微生物菌种鉴定领域的应用，除了技术本身，更重要的是依赖于质谱菌种鉴定数据库。因此，数据库中图谱的质量、数量都将直接影响鉴定的成功率与准确率。影响鉴定准确率的因素包括仪器主要参数（分辨率、质量准确性、质量范围、灵敏度）和样品前处理，检索算法和数据库等软件系统也是至关重要的[1]。MALDI-TOF MS生产厂商或用户预先建立的微生物MALDI-TOF MS图谱数据库的完善性与可靠性。建库用菌株的数量与成功鉴定率成正比[2]。


（图一）《中国临床微生物质谱应用专家共识》（2016）


国外共识：CSLI-M58文件


美国临床实验室标准化协会（Clinical and Laboratory Standards Institute ，CSLI）M58文件内容：MALDI-TOF的局限性主要为有时不能获取高置信度的结果和相近微生物之间的区分，数据库和分析方法的改进是解决这一限制的重要因素[3]。


  （图二）CSLI-M58文件


综上内容说明，国内共识和国外共识，都把微生物数据库和数据分析方法作为目前影响鉴定准确性的重要原因。

怎样提高微生物之间的鉴定能力？



梅里埃VITEK MS的鉴定准确度高达97.29%（FDA注册更新，最新的V3版本），以此向用户们解开VITEK MS极高准确性的秘密。


  • 可靠性：菌库中菌种的质量


大家知道，微生物种类繁多，每种微生物又包含丰富多样的不同菌株，而同一菌种内不同菌株之间的差异是天然存在的，鉴定每种菌的前提是，菌种模型建立过程，需要足够不同来源的菌株，以保证每个菌种模型具备更高的可靠性和代表性，建库用菌株的数量与成功鉴定率成正比[2]。MS系统鉴定临床相关丝状真菌的多中心评价表明，VITKE MS对丝状真菌鉴定准确率96.0%，而Biotyper鉴定准确率为42.1%[4]。


  • 完善性：菌库中菌种的数量


如果待测菌不在数据库中，鉴定结果只能是无鉴定结果或者鉴定出错，将导致准确率降低，菌种数量的扩大，可线性提高准确性，尤其是常见菌数据。


  • 完美补充：含有特有菌种


目前菌库的扩大，其中一个限制是烈性严重传染病菌模型的建立，特有菌（例如：炭疽芽孢杆菌、伤寒沙门菌、霍乱弧菌、鼠疫耶尔森菌等等）是否在数据库中，将对鉴定结果有极大的意义，鉴定结果也是预防公共卫生事件有利保障。罕见菌不在数据库中，将导致鉴定错误[5]。在1株非O1群非O139 群霍乱弧菌的错误鉴定和原因分析中，MALDI- TOF MS错误鉴定的原因是Biotyper数据库中未包含霍乱弧菌的信息[6]。



如果说生物质谱图是蛋白指纹图谱，那么数据算法就是指纹匹配的关键技术


  • 权重矩阵算法

该方法要求严格地菌种模型建立过程，每种菌种模型都采用多种不同来源的菌株图谱数据进行运算，菌株模型充分体现菌种之间的蛋白表达差异，在未知菌匹配算法中，通过计算未知菌图谱各蛋白峰在模型中的权重表达差异，反映匹配程度，得出鉴定分值。


  • 图谱峰比对法

将未知菌的图谱峰与数据库中的菌株指纹模型典型峰比对，通过计算匹配峰、未匹配峰以及检测到的指纹图谱的相对信号比值，反映匹配程度，得出鉴定分值。




[1] 中国临床微生物质谱共识专家组. 中国临床微生物质谱应用专家共识[J]. 中华医院感染学杂志, 2016, 026(010):1-4.

[2] 自建MALDI-TOF MS微生物鉴定数据库专家共识[J]. 中华检验医学杂志, 2019, 42(6):414-419.

[3] CLSI. Methods for the Identification of Cultured Microorganisms Using Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry. 1st ed. CLSI guideline M58. Wayne, PA: Clinical and Laboratory Standards Institute; 2017.

[4] Yue Sun, Jian Guo, Rong Chen, Liang Hu, Qihang Xia, Wenjuan Wu, Jinghua Wang, Fupin Hu, Multicenter evaluation of three different MALDI-TOF MS systems for identification of clinically relevant filamentous fungi, Medical Mycology, , myaa037, https://doi.org/10.1093/mmy/myaa037

[5] 周月霞, 胡成进, 陈英剑. MALDI-TOF MS微生物鉴定数据库应用研究进展[J]. 临床检验杂志, 2016, 034(006):447-450.

[6] 马倩茹, 周惠琴, 王静,等. 1株非O1群非O139群霍乱弧菌的错误鉴定和原因分析[J]. 临床检验杂志, 2015, 033(009):719-720.




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