近期新型冠状病毒的出现让大家谈病毒色变,那么目前临床上是如何进行检测的,各种检测方法有什么区别呢?本文将对病原体检测技术平台做简单的梳理,一起了解下各个检测技术的特点吧。
呼吸道感染一般由病毒、细菌、非典型病原体等引起,临床需要根据感染的病原体类型来选择对应的治疗方案。呼吸道感染的发病具有明显的季节性,例如甲型流感在北方多出现于每年的1月-2月份,而在中部地区亦可多出现于6月-8月份,南方多出现于每年的4月-6月份。我国主要的流感病原体是甲型流感H1和H3型以及乙型流感。急性呼吸道感染的发生同人体免疫力降低相关,例如儿童、老年人都是易感人群。中国儿童普通感冒规范诊治专家共识(2013版)提出病毒的病原学地位突出,以鼻病毒最常见(30%~ 50%),其 次 为 冠 状 病 毒(10% ~15%)、呼 吸 道 合 胞 病 毒、副 流 感 病 毒、腺 病 毒和 肠 道 病 毒等。
病原体的准确检测对临床有效合理使用抗生素有着关重要的作用, 同时也可以减少抗生素滥用及耐药的出现。 WHO的统计数据显示:中国真正需要使用抗生素的病人不到20%,不合理使用抗生素会引起细菌的耐药性,进而导致很多严重感染治疗无效、甚至死亡。临床迫切需要病原体检测的快速解决方案和技术,提供微生物鉴定和耐药菌检测。中国儿童流感指南(2016版)提出,在流感病人出现症状的48小时之内使用奥司他韦(达菲)可以明显提高治疗成功率、缩短病程。非典型病原体,如社区性获得性肺炎(CAP)中的肺炎支原体(M.pneumonia),需要使用阿奇霉素或者红霉素进行治疗。为患者提供一种多菌种、快速、准确的检测技术可快速明确病原体,进而采取准确的治疗方案,为患者进行精准治疗,为人民的生命安全多一层保障。
病原微生物检测现状
目前常用的病原微生物检测方法主要有传统的镜检、细菌培养等技术,而近年来快速发展的平台有:PCR技术(包括常规PCR以及qPCR),微流控芯片技术、基因芯片技术、NGS测序技术等。下文就不同的技术逐一介绍并比较各自的特点。
传统病原体检测
镜检:将取得的样本直接涂在玻片上,通过染色,在显微镜下观察样本中微生物的形态特征,通过其典型性,判断其为哪种微生物。如镜下观察的微生物形态特性不具有典型性,即无法对微生物进行判定。培养:常见的培养有血培养、体液培养等。给予样本中微生物一定的营养条件,使其不断繁殖扩增,通过观察样本中微生物的生长特性,对其进行判定。当微生物的生长特性不具有典型性时,即无法对其进行判定。目前,我国的培养阳性率不到30%。
传统的病原体检测技术主要是基于微生物培养和分离,技术成熟,阳性预测价值高,在病原体的鉴定中仍发挥着重要作用。微生物的分离培养需要依赖于病原体的活力,但相当一部分病原体无法通过体外培养检出,因此存在阳性率低、周期长、精确度较低等局限性。
PCR技术平台
针对某种特定微生物设计专门的引物,用于从样本中对该微生物进行扩增,从而判断样本中是否存在该中微生物。目前,多从PCR、巢式PCR等技术逐渐应用到科研和临床上,可同时检测多种病原微生物,解决了一次检测单一菌的弊端。PCR技术的出现解决了传统的检测例如涂片镜检,生化反应和免疫学检测的周期长、过程复杂以及灵敏度低等缺点。有针对性检测病原体微生物,实现了高敏度与特异性,同时可进行快速鉴定。
NGS检测技术
NGS检测检测无需对病原体进行分离培养,也不依赖于已知的核酸序列设计引物等,可直接对标本进行测序鉴别,提高诊断效率,尤其在未知病原微生物检测方面又巨大的优势。可对所有微生物进行分析,检出"未知"病原体及多种混合感染病原体,提供病原鉴定、分型、耐药基因和毒力因子分析。虽然NGS在病原微生物的检测中有着明显的优势,但是也依然面临不少挑战,同样存在很多问题:周期过长、费用过高、没有统一的检测标准、参考数据库有待完善、临床标本来源复杂多样,可能存在病原体信息太少而导致数据丢失或病原体数据混杂在正常菌群中难以区分;质量控制缺乏标准化:参考基因组的选择,分型方法如何选择等,目前尚未建立不同标本测序前处理和参数设置的统一标准。
微流控芯片技术
微流控芯片(microfluidics)或称芯片实验室(Lab-on-a-Chip)是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备,生物与化学反应,分离、检测等基本操作单元或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上,用以完成不同的生物或化学反应过程,并对其产物进行分析的一种技术。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点,它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。
微流控技术近年来得到快速发展,逐渐应用到科研和临床中。微流控技术检测病原体微生物具有时间短、成本低、可同时检测多种病原体的独特优势。可检测的病原微生物范围广、标本检测类型多、可检测混合感染。
基因芯片
基因芯片的成本低比NGS低,同时结合微机械技术,将样本预处理核酸提取,扩增以及杂交后的检测集成为一张芯片。但只能对于已知的病原体进行检测,无法检测新的未知病原体,且需要专用的设备。
方法 | 优点 | 缺点 |
传统检测:涂片镜检、免疫学检测 | 成本低,可及性高 | 周期长、阳性率低、低通量,单次检测一种/类微生物 |
PCR技术: 多重PCR技术 | 灵敏度与特异性高,实现快速鉴定 | 检测已知的病原体 |
微流控芯片 | 时间短、成本低、可同时检测多种病原体 | 检测已知的病原体 |
基因芯片 | 成本低 | 检测已知的病原体 |
NGS | 可检测到未知病原体感染 | 周期过长,费用过高、参考数据库有待完善、检测标准没有统一 |
小结
由病原微生物引起的感染性疾病是临床面临的最常见的疾病之一,随着环境污染、药物滥用、人员流动增多等因素的影响,病原体呈现多样化和复杂化的趋势。临床感染检测需要一种可检测多种病原微生物、检测成本可控、检测时间短的技术。经过上述比较,多重PCR、微流控芯片技术具在病原体快速检测上具有突出优点,有望大量用于感染性疾病的诊断、治疗和监测,在病原微生物鉴定、耐药突变检测中,使临床病原菌检测进入精准时代。目前国内病原微生物检测市场空间巨大,临床医师也越来越认识到病原体准确检测临床价值,病原微生物快速检测广阔的市场空间亟待开发。