微生物對抗微生物劑敏感性試驗結果的確認和解釋系統的製作方法

2023-04-23 17:41:51 1

專利名稱：微生物對抗微生物劑敏感性試驗結果的確認和解釋系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及細菌對抗生素敏感性試驗結果的分析方法，以協助醫生處方。該分析方法可以更一般地擴展到抗微生物劑作用於微生物的試驗。
傳統的分析方法是對存在於樣品如患者血液中的細菌菌株進行鑑定和抗菌譜試驗。鑑定目的在於近乎準確地知道被研究的菌株所屬的菌種。鑑定特別通過宏觀和微觀的觀察，並用特殊的生物化學試劑做試驗來進行鑑定。通常僅知道細菌菌種不足以預測給定的抗生素對被研究菌株的功效。實際上，對每族抗生素，同種的菌株可有不同的抗性機制，並非總使一族內的相同抗生素失活。抗菌譜綜合了被研究的菌株和對該菌株可能有效的不同抗生素。它基於近乎準確地測定每種抗生素對被研究的菌株的最低抑制濃度(MIC)，MIC即令菌株停止生長的最低抗生素濃度。
專家委員會確定了第一個MIC閾值，低於它的試驗菌種定為「敏感」；和第二個閾值，高於它的菌種定為「抗性」。兩個閾值之間的菌種定為「中間」。這是通常提供給醫生的信息。
在被醫生用做指定抗生素治療的基礎之前，經常需要解釋抗菌譜結果。解釋的目的是發現可能的試驗錯誤，或被研究的菌株在體外試驗時和在患者機體中體內治療時對給定抗生素的行為之間不一致的風險。這種方法常常基於半經驗規則。例如，當被研究的菌株屬於分類上對該抗生素有抗性的或者對已知是分類上更有活性的相關抗生素有抗性的種，就能確定「對抗生素敏感」這一試驗結果是錯誤的。某些情況下，它基於對被研究菌株所屬的種的可能抗性機制的了解。
因此，當一些因素提示菌株的抗性機制在體外可能比在機體內表現弱時，可能對某些抗生素給出的結果進行校正或評估。這一解釋過程也包含估計患者風險的想法在對一種抗生素存有疑慮的情況下，如有其它該菌株確實敏感的抗生素可供治療使用，一般寧可將該菌株列為抗性。
現有分析系統能自動進行試驗並能顯示菌種對每種試驗抗生素是抗性、中間還是敏感的。此外，某些系統能實現部分解釋的自動化，特別是通過使用標準資料庫。這些系統中執行的標準資料庫常常重現常規使用的半經驗規則。目前，這些規則只能有效地發現和校正某些預定的錯誤情況。因此，問題在於完成能發現所有錯誤類型並且可能的話提供校正的解釋方法。
校正或評估試驗結果需要識別出可能在體外表現弱的抗性機制。現有系統中執行的標準資料庫建立在「敏感」、「中間」或「抗性」分類基礎上，密切依賴於試驗的抗生素清單。許多情況下，它們不能準確檢測到抗性機制。
此外，由全國專家委員會制定的決定「敏感」、「中間」和「抗性」分類的這對MIC閾值，可能要隨時修改，因國家而異，或者甚至在一些國家中實驗室之間也不同。在出現可能在體外表現弱的抗性機制的情形下，有關所需特性的建議有同樣的情況。因此，必須提供對應於不同全國專家委員會的解釋選擇方案並能根據實驗室修改標準的不同的標準庫。這樣的標準庫特別複雜，其開發需要大量的工作。
本發明的一個目的是提供用於敏感性試驗的分析方法，該方法獨立於專家委員會的解釋選擇方案，能夠發現和校正錯誤，而不必預見錯誤情況的發生，多數情況下準確顯示試驗菌株對不同族的抗生素的抗性機制。
這些目的通過一種用於分析微生物對抗微生物劑敏感性試驗結果的方法得以實現，該試驗包括粗略地鑑定微生物所屬的種和測定幾種抗微生物劑對該微生物的最低抑制濃度(MIC)。該方法使用一種資料庫，該資料庫檢索微生物菌種和它們對不同抗微生物劑的抗性機制，並對每個菌種和每個抗性機制，含有對一組抗微生物劑的MIC統計學分布的參數特徵。
根據本發明的一個實施方案，該方法包括如下步驟從資料庫中抽取與鑑定菌種的抗性機制和試驗所用抗微生物劑有關的分布參數；對比試驗過程中測得的MIC與抽取的參數；以及當測得的MIC和與鑑定菌種的至少一個預定抗性機制有關的抽取參數一致時，指示試驗有效。
根據本發明的一個實施方案，該方法包括顯示預定的抗性機制的步驟。
根據本發明的一個實施方案，當試驗無效時，該方法包括決定對至少一個測出的MIC進行校正的步驟，校正的選擇滿足預定的最優性標準。
根據本發明的一個實施方案，當試驗無效時，該方法包括如下步驟從資料庫中抽取與其它菌種的抗性機制和試驗所用抗微生物劑有關的MIC分布參數；對比測得的MIC與抽取的參數；確定菌種，對於該菌種來說，根據測出的MIC，每個試驗的抗微生物劑族至少有一種抗性機制可看作是相同的。
根據本發明的一個實施方案，該資料庫含有信息，對於有給定抗性機制的菌種以及對於給定的抗微生物劑，該信息指示可能高於體外抗性的體內抗性。
根據本發明的一個實施方案，儲存在資料庫中的分布參數包括MIC值的種類和標準化絕對頻率，對一種未試驗的抗微生物劑，該方法包括如下步驟從資料庫中抽取與預定抗性機制和未試驗抗微生物劑有關的種類和絕對頻率；保留絕對頻率超過預定閾值的種類；將保留的種類與界定微生物的「敏感」、「中間」和「抗性」分類的兩個標準化MIC閾值進行比較；以及指示位於保留種類內每一標準化閾值的任一側的分類。
本發明上述和其他目的、特徵及優點在下列對特定實施方案的非限制性描述中結合附圖進行詳細討論。


圖1表示本發明的方法所用資料庫的內容的一個實施例；圖2表示本發明的第一個分析實施例，明確顯示試驗菌種的抗性機制；圖3表示一個錯誤的試驗情況和本發明方法提供的測定校正建議；圖4表示一個錯誤的試驗情況和對菌種鑑定的校正建議；圖5表示基於有關試驗菌種的更高體內抗性的信息所做的敏感性校正結論；圖6表示根據本發明的方法提供的關於未試驗抗生素的結論。
本發明的方法使用一種資料庫，該資料庫檢索微生物菌種及其對不同族抗微生物劑的抗性機制和抗微生物劑。對每種抗微生物劑和每種抗性機制，資料庫存儲了最低抑制濃度的統計學分布的參數特徵。這些參數可以是，例如平均值和標準偏差，或分布的下限和上限以及其形態的信息，或者每一種類的數值的標準化絕對頻率。每個統計學分布是對同一菌種和相同抗性機制的大量個別樣品進行試驗的結果，即對反映菌種或抗性機制的群體進行試驗的結果。
抗性機制的特徵在於其對同一族抗生素的失活譜，不使其它族抗生素失活。一族抗生素由具有相關生化結構和作用方式的抗生素組成。因此，資料庫僅存儲，對給定菌種和給定抗性機制來說，與單一族抗生素有關的MIC統計學分布。
本發明的方法意欲由連接或不連接自動抗菌譜系統的計算機分析系統執行。執行本發明方法的軟體和資料庫可以有利地取代現有分析系統的現有軟體和標準庫。
附圖所示直方圖代表不同種類MIC值的標準化絕對頻率分布(MIC分布)。一個種類的標準化絕對頻率是，例如，該種類的絕對頻率與最大種類(the most populated class)的絕對頻率的比率。MIC值的種類未按比例顯示，自左向右增大。每個柱形條顯示被相應抗生素濃度抑制的個體(微生物菌株)的數量，這個數量是由不被稍低的濃度抑制的群體倒計數的。在MIC分布的下限，最敏感的個體開始受到相應抗生素影響。在該分布的上限，最後的抗性最強的個體被影響。
圖1表示該資料庫的一個引用實施例。對菌種大腸桿菌(Escherichiacoli)和β-內醯胺族抗生素，檢索了抗性機制「野生」、「青黴素酶」和「ESBL」(廣譜β-內醯胺酶)。β-內醯胺族抗生素中，闡示了氨苄青黴素、頭孢噻吩和頭孢噻肟。
具有野生機制的菌株表現對三種抗生素敏感；具有青黴素酶機制的菌株對氨苄青黴素呈抗性，對另外兩種抗生素敏感；具有ESBL機制的菌株對三種抗生素呈抗性。
圖2表示本發明方法的一個主要步驟。通過常規的細菌學試驗，例如用生化鑑定試劑，近乎準確地鑑定被研究的菌株所屬的種。這一鑑定給出，如，菌種大腸桿菌。同時，用多種抗生素進行抗菌譜試驗。該抗菌譜試驗提供被研究的菌株對不同抗生素的MIC大小，或者能將該MIC定位在一給定區間。本實施例中，使用了氨苄青黴素、頭孢噻吩和頭孢噻肟。
一旦進行了試驗，該方法的第一個步驟是從資料庫中抽取與鑑定菌種的抗性機制和試驗抗生素有關的MIC分布。然後將附圖中直條代表的由抗菌譜提供的測出的MIC，與抽取的MIC分布進行對比。這種對比可例如通過使分布中相應種類的數值的標準化絕對頻率與每一測出的MIC值相對應而進行。該標準化絕對頻率反映測得的MIC與資料庫中抽取的分布的符合性(adequation)。
接著，對同一族的所有試驗抗生素，通過抗性機制(例如，通過計算標準化絕對頻率的平均值或乘積)合併相應的標準化絕對頻率。這個合併過程提供一個反映對這些抗生素測出的MIC與每一抗性機制的符合性的綜合指標。
如果該綜合指標對抗性機制之一具有足夠高的數值，這個抗性機制就是要鑑定的抗性機制並且該試驗有效。
圖2簡化的實施例表明鑑定的抗性機制是「野生」機制，因為它是唯一的每一測出的MIC都和與該野生機制有關的分布一致的機制。
在幾種抗性機制均有足夠高的指標的情況下，優選保留那個或那些具有最高指標的抗性機制。
圖3顯示了一種情況，在圖2的實施例的情況下，測得的MIC不能鑑定任何抗性機制。實際上，對每一種抗性機制，至少有一個測出的MIC落在相應MIC分布之外。
這種情況下，試驗顯示為無效。於是，本方法可通過根據多項標準尋找最佳校正來給出一或幾個測出的MIC的校正值。特別希望能最小化校正的抗生素數量，最小化向下校正的數量，最小化校正幅度，最大化未校正的MIC與採用的抗性機制的吻合度，最大化這些抗性機制可能交會(encounter)的頻率。該優化過程可通過加權(weighting)不同的標準或通過把它們交給一個層次(hierarchy)來進行。
在圖3的實施例中，「野生」機制被排除，因為三個測出的MIC中有兩個必須進行校正。該實施例中尋找了校正一個測出的MIC就足夠的抗性機制，以便所有測出的MIC相應於與該抗性機制有關的MIC分布。
如果抗性機制是「青黴素酶」，對頭孢噻吩的測出的MIC應向左移動C1值，即降低至達到錯過的(missing)MIC分布的上限。
如果抗性機制是「ESBL」，頭孢噻肟的測出的MIC應向右移動C2值，即增加至達到錯過的MIC分布的下限。
基本上出於安全原因優選後一個校正C2。實際上，校正C2是向上進行的，即顯示菌種具有比測定的MIC值代表的更高的頭孢噻肟抗性。向上的校正將總是優於向下的校正。當然，在幾個可能的校正中，優選較小幅度的校正。
如果試驗多於三種抗生素，可以為多於一個的測定值提供校正，儘量必須限制校正值的數量。
本方法也提供對鑑定菌種的校正。事實上，菌種鑑定過程總包括一些錯誤危險。該危險的程度部分取決於所用的鑑定方法，部分取決於有關的菌種，某些菌種使用最可行的方法也有與相近菌種混淆的不可忽視的危險。
圖4顯示建議對菌種鑑定進行校正。菌種起初被鑑定為普通變形菌(Proteus vykgaris)，試驗的抗生素是氨苄青黴素、奧格門汀(阿莫西林-克拉維酸)、頭孢噻吩和替卡西林。
對這個菌種，沒有抗性機制與測出的MIC對應。但資料庫檢索到菌種奇異變形菌(Proteus mirabilis)，其野生抗性機制完全對應於測出的MIC。這種情況下，系統會提示有「野生」抗性機制的奇異變形菌。
多數情況下，試驗了其他族的抗生素(附圖只顯示一族)。在這些情況下，在建議這種菌種校正前，系統試圖鑑定對其他試驗抗生素族的其它抗性機制。只有對每個不同抗生素族可以鑑定出一個抗性機制時菌種才會被建議。優選地，系統顯示建議為校正的菌種的鑑定抗性機制。
在圖4的實施例中，應注意到建議為校正的菌種與最初鑑定的菌種是相同種類。一般，系統將把與最初鑑定的菌種有混淆危險的菌種建議為校正。
為了提供這類校正，資料庫可以包括尤其是可能被混淆的多組菌種。當識別不出最初鑑定菌種的抗性機制時，系統會優先搜索相應組內的菌種。
圖5顯示利用也可存儲在資料庫中的體外和體內敏感性之間不一致的信息。
圖5的實施例中再次用氨苄青黴素、頭孢噻吩和頭孢噻肟試驗大腸桿菌。
測出的MIC能夠鑑定「ESBL」抗性機制。對頭孢噻肟測出的MIC表明該菌種相當敏感。研究現已顯示，具有「ESBL」抗性機制的這些菌株在體內對頭孢噻肟的抗性可高於體外。一些專家委員會因此提議將該菌種列為頭孢噻肟抗性，儘管測定值表明在體外它是敏感的。這種提議通過比較MIC與專家委員會提出的界定「敏感」和「抗性」分類的閾值可進一步考慮最初定義的敏感性分類。因此，對某些抗生素和某些抗性機制來說，提議將原來估計為敏感的分類改為中間分類，並維持原來估計為抗性的分類。
因此，對每種抗生素和一個菌種的每種抗性機制，資料庫可以含有這種體內抗性信息，一旦試驗抗生素與鑑定的抗性機制相符，該信息將被考慮。該系統還含有用於將該信息與基於閾值界定的敏感性分類結合的規則。
圖6顯示使用資料庫信息提供附加指示。與前面的實施例一樣，用氨苄青黴素、頭孢噻吩和頭孢噻肟與鑑定為菌種大腸桿菌的菌株進行試驗。本方法顯示為ESBL抗性機制。
可能需要有關用於處理大腸桿菌引起的感染的目前使用的其它抗生素例如頭孢曲松的信息。
這種抗生素對被研究的菌株的MIC可能所處的範圍，是從頭孢曲松對具有ESBL抗性機制的菌種大腸桿菌的菌株的MIC分布推出的，方法是僅保留標準化絕對頻率超過預定閾值的那些種類的MIC值。作為第一個意圖，可以通過比較保留的種類與專家委員會制定的界定「敏感」、「中間」和「抗性」分類的兩個閾值來確定被研究菌株的敏感性類型。於是，系統將顯示位於包含在保留種類內的每一閾值的任一側的分類。
在圖6的實施例中，所有與ESBL機制和頭孢曲松有關的分布種類都被保留。兩個MIC閾值用粗線顯示，都包含在保留的種類中。於是，該系統顯示所有三個「敏感」、「中間」和「抗性」分類。
此外，與頭孢噻肟相同，研究已表明，具有ESBL機制的大腸桿菌可能在體外是頭孢曲松抗性的。因此，一些專家提議將該細菌列為頭孢曲松抗性，不管體外MIC測定結果如何。因此，即使沒有試驗頭孢曲松，系統也可能顯示該細菌為頭孢曲松抗性。
通常，系統可以在對該抗生素的MIC分布和識別的抗性機制以及相應的體內抗性信息的基礎上給出該菌株對未試驗抗生素的可能抗性水平的指示。
當然，本發明可能有本領域技術人員易於想到的各種改動、修正和完善。這些改動、修正和完善屬於本公開的一部分，落在發明的實質和範圍內。前面的說明僅作為例證而非限制。本發明僅限於下列權利要求書及其等同內容限定的範圍。
權利要求
1．一種用於分析微生物對抗微生物劑敏感性試驗結果的方法，該試驗包括粗略地鑑定微生物所屬的種和測定幾種抗微生物劑對該微生物的最低抑制濃度(MIC)，該方法利用一種資料庫，該資料庫檢索微生物菌種和它們對不同抗微生物劑的抗性機制，並對每個菌種和每個抗性機制，含有對一組抗微生物劑的MIC統計學分布的參數特徵。
2．權利要求1的方法，包括以下步驟-從資料庫中抽取與鑑定菌種的抗性機制和試驗所用的抗微生物劑有關的分布參數；-對比試驗過程中測出的MIC和抽取的參數；和-當測出的MIC和與鑑定菌種的至少一種預定抗性機制有關的抽取參數一致時，指示試驗有效。
3．權利要求2的方法，包括指示預定抗性機制的步驟。
4．權利要求2的方法，當試驗無效時，包括一個決定對至少一個測出的MIC進行校正的步驟，校正的選擇滿足預定的最優性標準。
5．權利要求2的方法，當試驗無效時，包括下列步驟-從資料庫中抽取與其它菌種的抗性機制和試驗所用的抗微生物劑有關的MIC分布參數；-對比測出的MIC和抽取的參數；和-確定菌種，對於該菌種來說，根據測出的MIC，每個試驗的抗微生物劑族至少有一種抗性機制可看作是相同的。
6．權利要求2的方法，其中，該資料庫含有信息，對有給定抗性機制的菌種以及對給定抗微生物劑，該信息指示一種可能高於體外抗性的體內抗性。
7．權利要求2的方法，其中儲存在資料庫中的分布參數包括MIC值的種類和標準化絕對頻率，對一種未試驗的抗微生物劑，該方法包括如下步驟-從資料庫中抽取與預定抗性機制和未試驗抗微生物劑有關的種類和絕對頻率；-保留絕對頻率超過預定閾值的種類；-將保留的種類與界定微生物的「敏感」、「中間」和「抗性」分類的兩個標準化MIC閾值進行比較；以及-指示位於保留種類內每一標準化閾值的任一側的分類。
全文摘要
本發明涉及用於分析微生物的抗微生物敏感性試驗的結果的方法,試驗概略地包括微生物菌種鑑定、測定幾種抗微生物劑對該微生物的最低抑制濃度(MIC)。所述方法使用一種資料庫,它對微生物菌種和對不同抗微生物劑的抗性機制進行分類,並對每個菌種和每個抗性機制,包括一組抗微生物劑最低抑制濃度的頻率分布的參數特徵。
文檔編號C12Q1/18GK1226934SQ98800647
公開日1999年8月25日 申請日期1998年5月4日 優先權日1997年5月16日
發明者J-M·伯福格拉斯, A·拉茲阿里尼, M·佩雷特 申請人:拜奧默裡克斯公司