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梅奥诊所用于诊断患者感染和缓解疫情的先进
梅奥诊所实验室是美国为数不多的提供两种基于测序的特殊细菌检测方法的实验室之一。第一种是全基因组测序(BTWGS)细菌分型，这是一种旨在通过研究单个细菌种类的潜在爆发或确定单个患者的复发感染来帮助保护患者的测试。第二种是广谱细菌PCR和测序(BRBPS)测试，它能够检测任何细菌的DNA，通过检测组织或液体等样本类型来帮助确定感染的原因。
区分两种或两种以上的细菌
NicholasChia博士，生物物理学家，梅奥诊所个体化医学中心(CIM)微生物组项目的联合主任，是一位将微生物全基因组测序(WGS)应用于临床微生物学的远见卓识者。由于传染病的爆发对卫生保健设施及其他方面的威胁越来越大，几年前他敦促CIM领导层支持细菌WGS的发展，以便准确和迅速地查明卫生保健设施中细菌的传播情况。“所有的生物学都只有在进化的角度下才有意义，”Chia博士说。“为了研究(使用细菌实验室测试)今天感染患者的一种微生物是否与两天前感染其他人的一种微生物有关，或者是同一种微生物，但有一些细微的差异，如果想要追踪这些差异，那真正要追踪的是那种微生物的历史。如果在那段历史中有发现，其实所有这些微生物都是相关的，就能很快就能确定爆发了。”
通过BTWGS测试，可以识别单个微生物的基因组序列，并与其他共同提交的细菌分离株的基因组序列进行比较。然后客户端会收到一份说明结果的图表。医学博士RobinPatel说:“这张图表显示了来自不同患者的细菌之间的密切关系。RobinPatel是梅奥诊所(MayoClinic)临床微生物学系主任、细菌学实验室联合主任、传染病研究实验室主任。就在不久前，如果把菌株送到疾病控制和预防中心(CDC)，就得等上两个月左右才能弄清楚到底发生了什么，Chia博士说。现在情况已经不同了，因为疾控中心和梅奥一样，正在使用更快的WGS技术。Chia博士继续说:“假设今天感染了金黄色葡萄球菌，假设一周后的病情有所好转，但随后又再次感染。医生们就会想，‘好吧，这个人真的很不幸吗?还是有脓肿一直复发?他或她是否在公司内部承受着压力?“在WGS技术出现之前，即使只有这两种感染，我们也不可能真正地知道答案。但是现在，我们可以从这两种病毒中提取基因组序列并进行比较，然后知道它们是否通过了同一种病毒。这是因为我们基本上是在研究这些生物体的化石记录。”
未来的其他用途
在传染病大规模暴发之前，BTWGS有很大的潜力降低传染病的威胁。将WGS医院(院内传播的)感染的流行病学分析相结合，确定了继续传播的共同途径，如公共区域、共享的患者设备、卫生保健人员或相互交流的访客和其他患者等
梅奥诊所的NICU
例如，在一项合作研究中，梅奥使用BTWGS作为新生儿重症监护病房(NICU)的分子分型工具，调查了一些耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的病例。“NICU婴儿是一个脆弱的群体，因为他们都在一个房间里，然后有医护人员来照顾他们，这是感染传播的理想场所，”Chia博士说。“因此，我们用这项技术对婴儿和医护人员进行了为期三年的监测(-年)，我们实际上确定了一些医护人员是MRSA的被动携带者。”
争议
鉴于这一现状，要医院和养老院等同样有弱势群体的机构得到普及，还需要克服一些敏感的障碍。“如果我们开始监控员工，员工们可能会想，‘这意味着什么?这是不是意味着如果我被感染了就不能来上班了?我必须换工作吗?’等等。”“在我们的研究中，健康的医护人员可以离开。”通过检测和鉴别出携带金黄色葡萄球菌的卫生工作者，这项监测研究反过来帮助NICU的婴儿免受感染。同样，虽然这种监测方法在今天可能会引起人们的争议，但Chia博士认为这是未来的发展方向。他说:“由于传染病的动态机制，一些真正的大规模疫情随时都可能爆发。”“在过去几年里，我们目睹了这种情况的发生，世界各地爆发了许多传染病。一旦我们以这种方式使用技术，情况会大有改观。我们证明了我们有能力积极主动地实现这一目标，。问题是我们如何普及这种做法？”
用超越传统微生物学来识别感染
梅奥临床实验室目录中的第二种细菌检测BRBPS为微生物鉴定带来了新的标准。当传统的微生物学检测方法可能无法做出诊断时，该测试可以帮助检测和识别来自正常无菌场所的细菌。医学博士AudreySchuetz说:“有些细菌很难或不可能在传统培养基中生长，因此需要一种分子方法来检测和鉴定。“或者，如果一种细菌存在于患者体内，但被抗生素抑制到较低水平，那么这种细菌可能无法大量繁殖，无法在培养皿中生长。”如果一种细菌没有出现在培养物中，但是卫生保健提供者仍然怀疑是感染，受感染的样本可以用BRBPS进行测试。或者，测试可以直接用患者的样本中进行，而不需要首先尝试在培养中培养有机体。通过省去培养过程中耗时的步骤，在许多情况下可以比培养更快地得出结果。首先，聚合酶链反应(PCR)检测寻找一个在细菌中普遍存在的基因，并通过产生更多的拷贝来放大它，从而建立一个良好的强信号。如果患者样本的PCR检测结果呈阴性，可在几小时内得到结果。如果PCR检测结果是阳性的，那么将对样品进行测序以确定它究竟属于哪种细菌，这将花费更长的时间。大多数情况下，第二天就能得到结果。Schuetz博士说:“一旦卫生保健提供者知道这是哪种细菌，就可以使用适当的抗生素来治疗这种特定的感染。”BRBPS在梅奥诊所和梅奥诊所实验室都是一种流行的测试方法，因为它可以检测任何种类的细菌，而且速度很快。Patel博士说:“我们理解‘对速度的需求’，我们现在正致力于让这项测试变得更快。”
使用方法的多样性
BRBPS可用于许多不同类型的标本，如新鲜组织或来自淋巴结、关节、心脏瓣膜、大脑、内脏、器官、肺或骨骼的活检标本。其他类型的标本通常可能包括从患者关节或脊髓周围、心脏或肺、腹部或脓肿处吸入的无菌体液。Patel博士说:“这是一种特别有用的检测方法，因为我们可以将它应用于如此多种不同的疾病领域，可以利用多种不同的样本类型进行检测。”“过去的很多分子测试一次只能检测一种细菌，比如金黄色葡萄球菌。但如果测试没有发现这种特定的微生物，那就没什么用了。浪费了时间和金钱，也没有做出诊断。相反，BRBPS可以寻找任何种类的细菌。这就是我们所说的‘不可知论’或‘无偏倚’的细菌。”说到不可知论者，该检测方法也可用于石蜡包埋组织块的样品，这些组织块通常取自身体中无菌的部位，如大脑、心脏瓣膜、器官和关节。“在梅奥，我们无限期地保存组织块样本，”Patel博士说。“这意味着，如果在手术后有任何问题，关于是否有细菌导致患者患病，我们可以在相应组织块中寻找细菌。”换句话说，可以对组织块进行检测，而不是让患者经历另一种手术或程序获取活检，避免患者产生不适、浪费时间、增加成本。Patel博士继续说:“能够利用相应患者的(石蜡包埋的)活组织切片进行检查，这对于诊断不寻常的细菌是有帮助的，即使这些组织块并不存在。”她说。“如果患者身上没有任何剩余的新鲜组织或液体可用来做这项测试，这种情况尤其有用。我们不想仅仅为了得到一个新的样本就把患者带回手术室。”
帮助来自世界各地的患者
BRBPS和BTWGS测试都需要高水平的专业知识，而且工作劳动密集型的。虽然这些测试的价格公道，但是提供这些测试所需的基础设施(例如相应配置、仪表、人员)是一项重大投资。Patel说，由于这些原因，梅奥诊所实验室目前是美国为数不多的同时提供这两种检测的诊断实验室之一。Patel说:“我认为这就是很多医疗机构把他们的样本送到我们这里进行检测的原因。”“提供这类测试需要大量的工作。因此，对于较小的实验室来说，向我们提供少量的样本可能比自己尝试这些测试更容易。最后，我们希望帮助临床医生研究和诊断许多细菌感染，这样他们就可以更妥当治疗和治愈他们的患者。”
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