細(xì)菌數(shù)值鑒定法及鑒定系統(tǒng)的發(fā)展

細(xì)菌數(shù)值鑒定法及鑒定系統(tǒng)的發(fā)展鄧賓;張?zhí)N麗【摘要】Numericalmethodofbacterialidentificationisoneofprobabilisticidentificationofbacteriawhichgeneratedbythecombinationofmathematicalstatisticsandbacterialidentificationstudies.Bacterialidentificationsystemreliedonthenumericalmethodisgeneratedbythecombinationofbacterianumericaltheory,computertechnologyandautomatictechnology.Thispaperintroducestheconstructionanddevelopmentofbacterialnumericalidentificationmethod,thenlooksforwardthatsoftwarenetworkinganduniversalityarethedevelopmenttrendofbacteriaindentificationsysytem.%細(xì)菌數(shù)值鑒定法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與細(xì)菌鑒定學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的一種細(xì)菌概率鑒定方法.細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)是細(xì)菌數(shù)值鑒定理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物.本文闡述了細(xì)菌數(shù)值鑒定法和細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的建立和發(fā)展，展望未來(lái)隨分析軟件的網(wǎng)絡(luò)化，通用性將成為細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì).【期刊名稱】《中國(guó)醫(yī)療設(shè)備》【年(卷)，期】2011(026)003【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P57-59)【關(guān)鍵詞】細(xì)菌;細(xì)菌數(shù)值鑒定;藥敏分析儀;微生物分析儀【作者】鄧賓;張?zhí)N麗【作者單位】錦州市中心醫(yī)院,檢驗(yàn)科，遼寧，錦州,121000；遼寧醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院,檢驗(yàn)科，遼寧，錦州,121000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】R372;O212細(xì)菌數(shù)值鑒定法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與細(xì)菌鑒定學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的一種細(xì)菌概率鑒定方法。它與雙歧索弓|法［1］和診斷表［2］法并稱為三大傳統(tǒng)細(xì)菌鑒定方法。細(xì)菌數(shù)值鑒定法以其快速、鑒定率高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、商品化、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為臨床和食品衛(wèi)生等領(lǐng)域細(xì)菌鑒定的主導(dǎo)方法。1962年Beers和Lockhart提出用概率值［3］來(lái)表示某試驗(yàn)在指定細(xì)菌分類群中的陽(yáng)性率，從而將統(tǒng)計(jì)學(xué)用于細(xì)菌鑒定學(xué)中。1968年Dybowski和Frankin首次用條件概率法［4］對(duì)腸桿菌科細(xì)菌進(jìn)行鑒定，所提出的相對(duì)相似百分比PRL(PercentageRelativeLikelihood)和模式分?jǐn)?shù)MLF(ModalLikelihoodFraction)兩個(gè)數(shù)值鑒定參數(shù)，為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。1970年LapageS.P.、BasombS.、WillcoxW.R和CurtisM.A.用相似的概率法對(duì)279株新分離的革蘭氏陰性桿菌進(jìn)行鑒定［5］,70%~80%的菌株被正確鑒定，細(xì)菌概率鑒定法的價(jià)值得到認(rèn)可。1973年Lapage小組系統(tǒng)地研究和發(fā)展了細(xì)菌概率鑒定法，并建立了科學(xué)的細(xì)菌數(shù)值鑒定數(shù)理模型，Lapage細(xì)菌數(shù)值鑒定理論［6-7］正式形成。同年Bascomb等［8］用此模型編制了鑒定程式對(duì)1079株革蘭氏陰性需氧參考菌株進(jìn)行了鑒定，其中90.8%的發(fā)酵菌和82.1%的非發(fā)酵菌得到正確的鑒定。API制造商法國(guó)生物梅埃公司在Lapage理論的基礎(chǔ)上又提出了參數(shù)T值(TIndex)和鑒定可信度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［9］，進(jìn)一步完善了此理論。2.1Lapage理論細(xì)菌數(shù)值鑒定法以貝葉斯定理(Bayer'sTheory)和Lapage理論為基礎(chǔ)，利用由細(xì)菌條目(Taxa)、鑒定試驗(yàn)(Tests)、概率(Probabilities)三大要素構(gòu)成的矩陣為數(shù)據(jù)源，計(jì)算鑒定分值(ID,IdentificationScores)、模式比值(Fm,ModelFrequencies)、T值(T,Tindex)和R值，并將細(xì)菌條目ID值按降序排列，參照鑒定信度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇最為可能的鑒定結(jié)果。ID>99.9%,T>0.75為極好的鑒定；99.8%<ID<99.0%,T>0.75為很好的鑒定；90.9%<ID<98.9%,T>0.25為好的鑒定；80.0%<ID<89.9%,T>0為可接受的鑒定；ID<80.0%為低分辨率,可通過(guò)ID累加法或補(bǔ)充試驗(yàn)完成鑒定。ID值即鑒定百分率，是每個(gè)細(xì)菌條目生化反應(yīng)的出現(xiàn)概率值與庫(kù)中所有細(xì)菌條目生化反應(yīng)出現(xiàn)概率值總和的比值，表示每種細(xì)菌出現(xiàn)的可能性。T值代表個(gè)體(待鑒定菌)與總體(某細(xì)菌條目包含的各生物型)的近似值，它越接近1,表明鑒定價(jià)值越大。R值是ID值按降序排列后相鄰兩條目的ID之比，代表首選條目與次選條目的差距，日越大，表明兩者之間的差距越大，越有鑒定價(jià)值。2.2矩陣的構(gòu)建對(duì)鑒定率的影響矩陣的三大要素構(gòu)建是否合理對(duì)細(xì)菌鑒定率的高低起到了關(guān)鍵的作用。Lapage小組在研究中得出以下結(jié)論：①理想的矩陣中細(xì)菌條目是越廣泛越好，但這是不切實(shí)際的。因?yàn)樵跀U(kuò)大其數(shù)量的同時(shí)，若要保持原有的鑒定率，必須提高試驗(yàn)的數(shù)量，同時(shí)鑒定成本也會(huì)增加，所以應(yīng)該按矩陣需要服務(wù)的范圍，如：是為鑒定醫(yī)學(xué)致病菌，還是為鑒定動(dòng)植物致病菌等目的來(lái)選擇細(xì)菌條目。②試驗(yàn)的選擇不僅要考慮其可靠性、易操作性，還要盡量選擇鑒別率高的。Lapage小組提供了一個(gè)可行的試驗(yàn)選擇程序。③矩陣中的概率值必須來(lái)自于參考實(shí)驗(yàn)室、權(quán)威期刊及書籍，以保證數(shù)據(jù)的科學(xué)準(zhǔn)確。3.1細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的組成細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)是數(shù)值鑒定理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它由試驗(yàn)單元、分析單元和讀數(shù)儀組成。試驗(yàn)單元是指試驗(yàn)中用到的多項(xiàng)生化反應(yīng)條或反應(yīng)板；分析單元是指數(shù)值編碼索引手冊(cè)和數(shù)值編碼分析軟件，它完成對(duì)數(shù)值編碼的分析；讀數(shù)儀可代替人眼，對(duì)生化反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判讀。3.2計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了分析單元和讀數(shù)儀的發(fā)展從20世紀(jì)70年代至今，它經(jīng)歷了用數(shù)值編碼索引手冊(cè)進(jìn)行編碼分析的手工階段;用數(shù)值編碼軟件進(jìn)行編碼分析的半自動(dòng)階段；用自動(dòng)讀數(shù)儀代替人工讀碼的全自動(dòng)階段；用專家系統(tǒng)輔助分析、修訂鑒定結(jié)果的智能化階段四個(gè)發(fā)展過(guò)程。SteelK.J.在1965年提到〃計(jì)算機(jī)輔助鑒定技術(shù)將幫助我們迎接細(xì)菌快速鑒定的挑戰(zhàn)［10］”。1977年HolmesB.、WillcoxW.R.、LapageS.P.和MalnickH.在API20E鑒定可靠性的研究中得出結(jié)論，計(jì)算機(jī)輔助鑒定明顯優(yōu)于編碼手工鑒定［11］，這充分證明了計(jì)算機(jī)技術(shù)在細(xì)菌鑒定工作中的價(jià)值。它與自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步共同推動(dòng)了分析單元和讀數(shù)儀的發(fā)展，大大提高了細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化的水平。3.3試驗(yàn)單元的發(fā)展擴(kuò)大了細(xì)菌鑒定譜，提高了細(xì)菌鑒定速度試驗(yàn)單元包含的生化反應(yīng)是與分析單元中矩陣試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的。細(xì)菌鑒定系統(tǒng)制造商一直熱衷于選擇更為理想的試驗(yàn)及合理的增加試驗(yàn)數(shù)目來(lái)擴(kuò)大單個(gè)試驗(yàn)單元的菌種鑒定范圍。以法國(guó)生物梅里埃公司為例，從1970年至今，用于各試驗(yàn)單元的生化反應(yīng)總和達(dá)到近千種。從API鑒定條到ATBID試條，再到VITEK鑒定卡，每試驗(yàn)單元包含的生化反應(yīng)數(shù)目由20項(xiàng)增到60多項(xiàng)。現(xiàn)在VITEKGN鑒定卡能鑒定API20E及API20NE包含的菌種數(shù)。國(guó)內(nèi)的相關(guān)學(xué)者也積極致力于試驗(yàn)單元的研究，哈爾濱的徐迪誠(chéng)［12-15］，安徽的馬筱玲、陳學(xué)民［16-18］，武漢的張銀旺、付有榮［19］等專家開發(fā)的鑒定條/板已覆蓋了腸桿菌科、非發(fā)酵菌、弧菌科、葡萄球菌屬、腸球菌屬、鏈球菌屬及厭氧菌等臨床致病菌，鑒定能力大大提高。新技術(shù)也不斷應(yīng)用于試驗(yàn)單元，使細(xì)菌鑒定的速度提高了4~8倍。例如美國(guó)德靈公司開發(fā)的RNID3鑒定板（RapidGramNegativeIdentificationSystemType3Panel）將熒光技術(shù)用于其中，同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的讀數(shù)儀MicroscanWalkaway最快可在鑒定板孵育2.5h后得到鑒定結(jié)果［20］。3.4國(guó)內(nèi)外細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)發(fā)展的比較國(guó)外在此方面的研究起步較早，先進(jìn)的Vitek2［21］、MicroscanWalkaway和BDPhoenix［22］等微生物數(shù)值鑒定系統(tǒng)現(xiàn)已具有很高的專業(yè)化、自動(dòng)化和智能化的水平。國(guó)內(nèi)的研究從20世紀(jì)90年代后開始，起步相對(duì)較晚，代表產(chǎn)品有杭州天和HW-138細(xì)菌鑒定分析儀［23］、山東鑫科XK-3401自動(dòng)微生物鑒定及藥敏分析系統(tǒng)［24］、湖南天地人TDR-200C自動(dòng)細(xì)菌鑒定/藥敏分析系統(tǒng)［25-27］、安徽恒星HX-21細(xì)菌鑒定藥敏分析儀［28］、珠海迪爾Bact-IST微生物分析儀［29］，它們?cè)谝陨细鞣矫娴男阅苊黠@低于國(guó)外的水平。首先，國(guó)產(chǎn)微生物分析儀所使用的鑒定板/條種類較少，鑒定譜比國(guó)外產(chǎn)品窄；其次，國(guó)內(nèi)讀數(shù)儀均使用比濁和比色技術(shù)，鑒定速度相對(duì)較慢；特別是專家系統(tǒng)缺少用戶自定義功能，軟件的自動(dòng)化和智能化水平相對(duì)較低。3.5細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的未來(lái)從20世紀(jì)70年代至今，幾乎所有的制造商均在開發(fā)各自獨(dú)立的細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)，不同系統(tǒng)間無(wú)法兼容。美國(guó)BD公司細(xì)菌鑒定儀CRYSTAL首次應(yīng)用兼容軟件，使CRYSTAL不但能分析自己的鑒定板，而且能分析API鑒定條。雖然CRYSTAL未實(shí)現(xiàn)完全的通用性，但是它向細(xì)菌數(shù)值鑒定〃家族”發(fā)出了一個(gè)信號(hào)——通用性分析軟件的時(shí)代是否將要到來(lái)。2008年法國(guó)生物梅里埃公司首次推出APIWeb版鑒定系統(tǒng)［30］，網(wǎng)絡(luò)化分析軟件又成為細(xì)菌數(shù)值鑒定〃家族”的新成員，它能給我們帶來(lái)什么，它是否能迅猛發(fā)展，我們拭目以待?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】SkermanVBD.AGuidetotheIdentificationoftheGeneraofBacteria[M].Baltimore:TheWilliamsandWilkinsCo.,1959:1-210.CowanST,SteelKJ.Diagnostictablesforthecommonmedicalbacteria[J].J.Hyg.,Camb,1961,59:357.BeersRJ,LockhartWR.Experimentalmethodsincomputertaxonomy[J].Journ-alofGeneralMicrobiology,1962,28:633-640.DybowskW,FranklinDA,Conditionalprobabilityandtheidentificationofbacteria:apilotstudy[J].JournalofGeneralMicrobiology,1968,54:215-229.LapageSP,BascombS,WillcoxWR,etal.Computeridentificationofba-cteria,InAutomation,MechanizationandDataHandlinginMicrobiology[M].E-ditedbyA.BaillieandR.J.Gilbert,SocietyforAppliedBacteriologyTech-nicalSeries,no.4.London:AcademicPress,1970:1-22.WillcoxWR,LapageSP,BascombS,etal.Identificationofbacteriabycomputer:theoryandprogramming[J].JournalofGeneralMicrobiology,1973,77(2):317-330.LapageSP,BascombS,WillcoxWR,etal.ldentificationofbacteriabycomputer:generalaspectsandperspectives[J].JournalofGeneralMicrobiology,1973,77(2):273-290.BascombS,LapageSP,CurtisMA,etal.ldentificationofbacteriabycomputer:ldentificationofreferencestrains[J].JournalofGeneralMicro-biology,1973,77(2):291.AnalyticalProfileIndex[M].3rdedition.France:BiomerieuxS.A,1992:1-19.SteelKJ.Microbialidentification[J].JournalofGeneralMicrobiology,1965,40(1):147.HolmesB,WillcoxWR,LapageSP,etal.TestreproducibilityoftheAPI(20E),Enterotube,andPathotecsystems[J].J.Clin.Path.,1977,30(4):386.楊暑伏，徐迪誠(chéng)，等.應(yīng)用數(shù)值法鑒定300株非發(fā)酵革蘭氏陰性桿菌的報(bào)告[J].中國(guó)公共衛(wèi)生學(xué)報(bào),1990,9(1):30-32.徐迪誠(chéng),蔡妙英，等.革蘭氏陰性桿菌、弧菌新編碼鑒定法的建立和應(yīng)用研究[J].微生物學(xué)通報(bào),1993,20(5):289-295.蔡妙英，徐迪誠(chéng),馬俊才.革蘭陰性桿菌編碼鑒定手冊(cè)-除外腸桿菌科細(xì)菌[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1998.徐迪誠(chéng),蔡妙英.革蘭陰性桿菌新編碼鑒定手冊(cè)[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1994.馬筱玲，陳學(xué)民，等.編碼方法鑒定弧菌科細(xì)菌[J].陜西醫(yī)學(xué)檢驗(yàn),2000,15(2):35.馬筱玲，陳學(xué)民，等.細(xì)菌編碼方法和Vitek2AMS對(duì)腸桿菌科細(xì)菌的鑒定比較[J].蚌埠醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2000,30(1):462-463.陳學(xué)民，馬筱玲，等.細(xì)菌編碼方法對(duì)非發(fā)酵菌的鑒定與分析[J].蚌埠醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,30(1):70-71.張銀旺，付有榮.腸桿菌科細(xì)菌生化鑒定系統(tǒng)的研究及評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志,2007,22(4):9-11.BascombS,AbbottSL,etal.MulticenterevaluationoftheMicroscanrapidgramnegativeidentificationtype3panel[J].JournalofClinicalMicrobiology,1997,35(10):2531-2536.法國(guó)生物梅里埃公司.Vitek2細(xì)菌鑒定藥敏分析儀介紹[EB/OL].(2009-10-23)[2010-1011]./servlet/srt/bio/usa/dynPage?doc=USA_PRD_LST_G_PRD_USA_4.王原,曹俊敏，等.BDPHOENIX2100全自動(dòng)微生物鑒定儀對(duì)葡萄球菌鑒定能力的評(píng)價(jià)[J].浙江中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2009,33(2):205-206.杭州天和微生物試劑有限公司.HW-138細(xì)菌鑒定分析儀介紹[EB/OL].(2003-4-5)[201010-29]./newEbiz1/EbizPortalFG/portal/html/ProductInfoExhibit.