[转帖]微生物自动化鉴定系统的工作原理

微生物鉴定的自动化技术近十几年得到了快速发展。数码分类技术集数学、计算机、信息及自动化分析为一体，采用商品化和标准化的配 套鉴定和抗菌药物敏感试验卡或条板，可快速准确地对临床数百种常见分离菌进行自动分析鉴定和药敏试验。目前自动化微生物鉴定和药 敏分析系统已在世界范围内临床实验室中广泛应用。

一、微生物数码鉴定法
早在七十年代中期，一些国外公司就研究出借助生物信息编码鉴定细菌的新方法。这些技术的应用，为医学微生物检验工作 提供了一个简便、科学的细菌鉴定程序，大大提高了细菌鉴定的准确性。目前，微生物编码鉴定技术已经得到普遍应用，并早已商品化和 形成独特的不同细菌鉴定系统。如API、Micro-ID、RapID、Enterotube和Minitek等系统。这种鉴定 系统是自动化鉴定系统的基础。
( 一)数码鉴定法基本原理
数码鉴定是指通过数学的编码技术将细菌的生化反应模式转换成数学模式，给每种细菌的反应模式赋予一组数码，建立数据库或编成检索 本。通过对未知菌进行有关生化试验并将生化反应结果转换成数字（编码），查阅检索本或数据库，得到细菌名称。其基本原理是计算并 比较数据库内每个细菌条目对系统中每个生化反应出现的频率总和。随着电脑技术的进步，这一过程已变得非常容易。
1．简要介绍计算步骤：
(1)出现频率（概率）的计算：将记录成阳性或阴性结果转换成出现频率：①对阳性特征，则除以100即得。②对阴性特征，除以1 00的商被1减去即可。③说明：对“0”和“100”，因这2个数太超量，为了使结果不出现过小或过大，而用相似值0.01或0 .99值代替。
(2)在每一个分类单位中，将所有测定项目的出现频率相乘，得出总出现频率。
(3)在每个分类菌群中的所有菌的总出现频率相加，除以一个分类单位的总出现频率，乘100，即得鉴定%（%id）
(4)在每个菌群中，再按%id值大小顺序重新排列。将未知菌单次总发生频率除以最典型反应模式单次总发生频率，得到模式频率T 值，代表个体与总体的近似值。T值越接近1，个体与总体越接近，鉴定价值越大。按%id大小排序，将相邻两项的%id之比为R， 代表着首选条目与次选条目的差距，差距越大，价值越大。如果%id≥80，参考T及R值可作出鉴定。
2．在编码检索本中检索数据谱得出的结果有以下几种形式（以API鉴定系统为例）。
(1)有此数码谱:①有一个或几个菌名条目及相应的鉴定值（%id和T值）。②对鉴定结果好坏的评价，最佳……等。 ③用小括号列出关键的生化结果及阳性百分率。④有时，鉴定结果不佳或有多条菌名条目,需进一步补充试验项目才能得出良好的鉴定结 果。⑤指出某些注意要点，需用“推测性鉴定”，并将此菌送至参考实验室；需用“血清学鉴定”，作进一步的证实等。
(2)无此数码谱：可能有以下原因：①此生化谱太不典型。②不能接受，鉴定值低(%id＜80.0)。③可疑。需进一步确认是否 纯培养，重新鉴定，可与供应商技术服务部联系。
3. 结果解释
(1)如果排序第一的细菌%id≥80.0，则可将未知菌鉴定在此条目中，并按%id值的大小对鉴定的可信度作出评价。%id≥ 99.9和T≥0.75为最佳的鉴定；%id 99.0~98.9之间，T≥0.5为很好的鉴定；%id 90.0~98.9之间，T≥0.25为好的鉴定；%id 80.0~89.9之间为可接受的鉴定。
(2)如果第一条目的%id＜80.0，则将前2个条目的%id加在一起，若仍不足80.0，则将前3个%id相加。若≥80. 0，则有2种可能：①为同种细菌，可能是不同生物型。②为同一菌属的不同种。
如果相加的几个条目既不属于同一细菌种，又不属于同一细菌属，在评价中会指出“补充生化反应”的项目及阳性反应率， 可通过这些生化反应将几种菌区分开来。若前3个条目的和＜80.0，则为不可接受的结果。

二、自动化的微生物鉴定和药敏试验分析系统

自动化的微生物鉴定和药敏试验分析系统在临床微生物实验室的应用，为微生物检验工作者对病原菌的快速诊断和药敏试验提供了有力工 具。鉴定系统的工作原理因不同的仪器和系统而异。不同的细菌对底物的反应不同是生化反应鉴定细菌的基础，而试验结果的准确度取决 于鉴定系统配套培养基的制备方法、培养物浓度、孵育条件和结果判定等。大多鉴定系统采用细菌分解底物后反应液中pH的变化，色原 性或荧光原性底物的酶解，测定挥发或不挥发酸，或识别是否生长等方法来分析鉴定细菌。

药敏试验分析系统的基本原理是将抗生素微量稀释在条孔或条板中，加入菌悬液孵育后放入仪器或在仪器中直接孵育，通过测定细菌生长 的浊度，或测定培养基中荧光指示剂的强度或荧光原性物质的水解，观察细菌的生长情况。在含有抗生素的培养基中，浊度的增加提示细 菌生长，根据判断标准解释敏感或耐药。

( 一)半自动化细菌鉴定和/或药敏分析系统
1．VITEK-ATB半自动细菌鉴定和药敏分析系统
VITEK-ATB是生物-梅里埃公司产品，由计算机和读数器两部分组成，计算机程序包括ATB和API的鉴定数据 库、ATB的药敏数据库、数据储存和分析系统及药敏专家系统。鉴定和药敏反应板在机外孵育后，一次性上机读取结果，由计算机进行 分析和处理，并报告细菌鉴定和药敏结果。
2．AutoScan-4半自动细菌鉴定和药敏分析系统
AutoScan-4是由Dade MicroScan公司生产，由计算机和读数器两部分组成。鉴定和药敏反应板在机 外孵育后，一次性上机，自动判读鉴定和药敏试验结果；亦可人工进行判读，将编码输入计算机，由计算机软件评定结果。有鉴定及鉴定 药敏复合板两种测试卡。
3．BBLTM CrystalTM半自动细菌鉴定系统
BBLTM CrystalTM半自动细菌鉴定系统是BD公司产品，将传统的酶、底物生化呈色反应与先进的荧光增强显 色技术结合以设计鉴定反应最佳组合。反应板在机外孵育后，上机自动判读鉴定结果。配套提供独立分装的鉴定用肉汤试管，确保无菌状 态，使用方便。配套比浊仪可快速调配所需浊度的菌液
4．AutoReader半自动细菌鉴定和药敏分析系统
AutoReader半自动细菌鉴定和药敏分析系统是Trek Diagnostic Systems&n bsp;LTD.产品，由计算机和读数仪等组成。采用荧光测定法，反应板在机外作定时孵育后，上机读数，由SAMS软件评定测定 结果，也可通过SAMS系统人工确认法输入计算，或完全由人工输入作评定。所用鉴定板和药敏板与全自动机型中的反应板是一样的。
5．抑菌圈直径测量仪
抑菌圈直径测量仪有BIOMIC（Giles Scientific Inc），AccuZone&nbs p;System (AccuMed International Inc) ，SI RSCAN (SIRSCAN) 等三种单板读取机，已在临床应用。经孵育后的药敏平板，被仪器的图象分析 系统识别并计算抑菌圈直径。根据判断标准，报告药敏试验结果。这些仪器可减少人工测量抑菌圈直径大小差异及主观判断错误。BIO MIC系统宣称能根据抑菌圈大小来计算MIC，值得注意的是该类仪器对抑菌圈内模糊生长或微小的菌落不能正确识别，而这些菌落对 细菌的耐药性的判定至关重要，读取每个平板时必须进行人工观察。
（二）全自动的微生物鉴定和药敏试验分析系统
1．VITEK 系统
VITEK AMS是由生物-梅里埃公司生产的全自动微生物鉴定和药敏分析系统。第一代产品有以下四个规格VITEK AMS 32、60、120、240。由计算机主机、孵育箱/读取器、充填机/封口机、打印机等组成。鉴 定原理是根据不同微生物的理化性质不同，采用光电比色法，测定微生物分解底物导致pH改变而产生的不同颜色，来判断反应的结果。 在每张卡上有30项生化反应。由计算机控制的读数器，每隔1h对各反应孔底物进行光扫描，并读数一次，动态观察反应变化。一旦鉴 定卡内的终点指示孔到临界值，则指示此卡已完成。系统最后一次读数后，将所得的生物数码与菌种数据库标准菌的生物模型相比较，得 到相似系统鉴定值，并自动打印出实验报告。
获得细菌的纯培养后，调整菌悬液浓度，根据不同的细菌选择相应的药敏试验卡片，在充液仓中对卡片进行充液。置孵育箱／读数器中孵 育，自动定时测试、读取数据和判断结果。VITEK可快速鉴定包括各种肠杆菌科细菌、非发酵细菌、苛氧菌、革兰阳性球菌、革兰阴 性球菌、厌氧菌和酵母菌等500种临床病原菌。具有20多种药敏测试卡、97种抗生素和测定超广谱β-内酰胺酶测试卡，快速检测 细菌药敏情况。
该系统有根据细菌耐药规律而设定的专家系统，可帮助校正和修改结果。对于专家系统提示的不可能的或极少见的耐药表型 应予以充分重视，需采用确认试验重新鉴定。如对万古霉素耐药的金黄色葡萄球菌，对泰能耐药的肠杆菌，对青霉素耐药的β溶血性链球 菌等。
VITEK-2是生物-梅里埃公司开发的新一代微生物分析仪，其工作原理与VITEK AMS没有大的差别，但它的容 量更大，自动化程度更高，并且使用64孔的反应卡片，鉴定更准确可靠，可同时测定20种抗生素的药敏试验。
2. MicroScan Walk/ Away系统
MicroScan Walk/ Away系统由主机、真空加样器、孵育箱/读取器、计算机、打印机等组成 。除采用传统呈色反应法外，同时采用敏感度极高的快速荧光测定技术来检测细菌胞外酶，鉴定板有普通板和快速板两种，普通板获得结 果需要16~18h，快速板测定只需2~3.5h。该系统有8种鉴定反应板，可鉴定包括革兰阴性菌、革兰阳性菌、厌氧菌、酵母菌 、嗜血杆菌和奈瑟菌等近800种细菌。药敏部分采用比浊法进行测定，90％菌株可在5.5h内获得对17~33种抗菌药物的MI C值。此系统有walk / Away－40和96两个型号，40或96分别代表该系统可同时容纳40或9 6个测试板。
3．PHOENIXTM 系统
PHOENIXTM System是新一代全自动快速细菌鉴定/药敏系统，由BD公司生产。鉴定试验采用 BD专利荧光增强技术与传统酶、底物生化呈色反应相结合的原理。药敏试验采用传统比浊法和BD专利呈色（Chromogenic ）反应双重标准进行药敏试验结果判断。仪器由主机、比浊仪、微生物专家系统等组成。有PHOENIXTM 100或5 0 二种型号。PHOENIXTM 100型分别可进行100个鉴定试验和100个药敏试验。可鉴定革兰氏 阳性菌139种、革兰氏阴性菌158种。有鉴定板、药敏板或鉴定/药敏复合板3种可供选择。每个鉴定药敏复合板有51孔用于鉴定 试验，85孔用于药敏试验，可同时进行17种抗菌素5种浓度或28种抗菌素3种浓度的MIC药敏试验。90%细菌的鉴定在3~6 h完成，鉴定准确率大于90%，85%的细菌药敏试验在4~6h内出结果。
4．SENSITITRE　ARIS系统
该系统由计算机主机、孵育箱/读数仪、全自动加样器等组成。在培养箱中设置可存放64块板的转盘，每块板均能检测3个标本，故同 时可检测192个菌种标本。在测定板底物中加入酶基质，使其与细菌产生的酶结合成荧光物质。在较短时间内能够分析不同生化底物所 反映出的荧光物质，通过荧光读数仪检测板孔中荧光Biocide和Willcox值来鉴定细菌。该系统的药敏试验有两种测定法， 即当采用人工判定时为比浊法，当采用仪器自动判读时为荧光测定法。但均参照NCCLS的标准和规则来解释结果。大多数菌种均可在 5小时内报告检验结果。通常有革兰阴性菌、革兰阳性菌、厌氧菌、苛氧菌及真菌鉴定板和300多种抗菌药物不同组合的药敏板及鉴定 /药敏复合板。
(三)使用自动化鉴定仪的局限性
1．自动化鉴定系统是根据数据库中所提供的背景资料鉴定细菌，数据库资料的不完整将直接影响鉴定的准确性。目前为止 ，尚无一个鉴定系统能包括所有的细菌鉴定资料。对细菌的分类是根据传统的分类方法，因此鉴定也以传统的手工鉴定方法为“金标准” 。使用自动化鉴定仪的实验室，应对技术人员进行手工鉴定基础与操作技能培训。
2．细菌的分类系统随着人们对细菌本质认识的加深而不断演变，使用自动化鉴定仪的实验室应经常与生产厂家联系，及时 更新数据库。实验室技术人员应了解细菌分类的最新变化，便于在系统更新之前即可进行手工修改。
3．通过自动化鉴定仪得出的结果，必须与其它已获得的生物性状（如标本来源、菌落特征及其它的生理生化特征）进行核 对，以避免错误的鉴定。

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