Способ выявления возбудителя инфекционного процесса в стерильных биологических средах макроорганизма

Способ относится к микробиологии и может быть использован для детектирования химических компонентов потенциальных возбудителей инфекционного процесса в биологических жидкостях организма человека или животных (кровь, ликвор, моча, синовиальная жидкость, экссудат, транссудат и т.п.).

Известные способы определения возбудителей инфекционных процессов предполагают посев биологических жидкостей на различные питательные среды для выявления роста микроорганизмов с последующей идентификацией в чистой культуре.

Основным недостатком известных способов является низкая частота получения роста культуры. В частности, при клинической картине бактериемии положительную гемокультуру получают не чаще, чем в 15-30% случаев аэробной инфекции, а частота выделения анаэробов из крови не превышает 2-3%. Указанный недостаток не удается устранить даже при использовании последних достижений биотехнологии - высокочувствительных анализаторов гемокультур и многокомпонентных питательных сред, так как он априори заложен в самом методологическом подходе: рост культуры можно получить лишь при наличии в исследуемом материале жизнеспособных бактерий, не поврежденных факторами иммунной защиты, лекарственными препаратами (например - антибиотиками) или факторами другого рода (облучение и пр.), причем жизнеспособные бактерии должны присутствовать в высокой концентрации, достаточной для их попадания в пробу биоматериала, взятого на исследование. Вторым недостатком является то, что исследование крови на гемокультуру не позволяет выявить и оценить концентрацию химических субстанций бактериального происхождения, тогда как, по современным представлениям, они играют ведущую роль в запуске воспалительного каскада при септических состояниях различной этиологии.

Известен также способ определения возбудителя заболевания в стерильных средах с применением различных иммунологических тестов, например на выявление специфического антигена или антител. Недостатком этого способа является зависимость результатов от состояния иммунореактивности больного. В частности, он не применим при нейтропении и других иммунодефицитных состояниях. Другим недостатком является дороговизна и трудоемкость исследования, так как при неизвестном возбудителе теоретически существует необходимость ставить иммунологические тесты на каждую пару АГ+АТ всех потенциальных возбудителей.

Известен высокочувствительный способ ДНК-гибридизации, однако он является узкоспецифичным и позволяет лишь подтвердить или отвергнуть одну из предполагаемых версий об этиологии инфекции, но не дает возможности выявить патоген при неизвестном возбудителе инфекционного процесса.

Известен также способ определения родового(видового) состава микробной ассоциации без высевания чистых культур и их подращивания, при осуществлении которого в качестве исходной информации используют химический состав суммарной биомассы, определенный методом хромато-масс-спектрометрии или хроматографии, а видовой состав сообщества определяют по разработанному математическому алгоритму при использовании ранее полученных данных по количественному составу химических компонентов отдельных микроорганизмов, входящих в состав сообщества. [1].

Недостатком этого способа является его неприменимость для анализа микробных сообществ, в условиях превалирующего количества субстрата биологического происхождения - например в биологических жидкостях и тканях человека, животных и растений, на пищевых продуктах и других подобных материалах.

В предлагаемом способе выявление возбудителя осуществляется без предварительного посева исследуемого клинического или другого биологического материала. Последний подвергается химическому анализу методом газовой хроматографии- масс-спектрометрии в режиме масс-фрагментографии (ГХ-МС-МФ) с целью обнаружения химических компонентов- маркеров потенциальных возбудителей, содержащихся в биологическом субстрате на уровне менее 1%. Узнавание (идентификация) микроорганизмов, взаимодействующих в данный момент с иммунной системой макроорганизма, производится по наличию единичных маркеров, специфичных для данного таксона (рода, вида, группы), а также по их комбинации, количественному соотношению и материальному балансу отдельных химических веществ пробы. При идентификации членов микст-инфекции и определении их концентрации используют математический алгоритм анализа суперпозиций части липидных профилей по данным состава липидных компонентов чистых культур микроорганизмов с учетом их доли в микробной клетке, наложения вкладов от разных микроорганизмов и фона биологической жидкости. Основой расчетов служат калибровочные данные и банк химического состава микроорганизмов, колонизирующих макроорганизм или являющихся возбудителями инфекционных заболеваний. Банк данных создается однажды при построении алгоритма анализа, не требует повторных референтных тестов при последующих анализах, но допускает введение дополнительных данных при обнаружении новых микроорганизмов. Выбор групп селективных ионов, детектируемых при ГХ-МС-МФ исследовании и временную последовательность измерений осуществляют таким образом, чтобы измерить нужные маркеры и избежать измерения интенсивных фоновых веществ превалирующей биологической жидкости. Список липидных компонентов, контролируемых при анализе, и их отнесение к микроорганизмам клинического значения приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Список химических веществ банка данных с отнесением к микроорганизмам, у которых они наиболее часто встречаются.

Вещества приведены в порядке возрастания числа атомов углерода в цепи молекулы, что соотвествует хроматографическому времени удерживания.

Краткое* обозначение

Химическое название

Характерный микроорганизм

1

С10

декановая

Streptococcus

2

С12:0

лауриновая

большинство микроорганизмов

3

iС13

изотридекановая

Bacillus subtilis

4

a13

антеизотридекановая

Bacillus cereus

5

i14

изомиристиновая

Peptostreptococcus anaerobius, Streptomyces, Bacillus, Bacteroides, Legionella, Kurthia

6

14:1D 9

9,10-тетрадеценовая

Clostridium

7

14:0

миристиновая

большинство микроорганизмов, Clostridium

8

i15:1

изопентадеценовая

Flavobacterium

9

15:1D 9

9,10-пентадеценовая

Cytophaga, Bacteroides hypermegas

10

i15

изопентадекановая

Propionibacterium, Bacteroides

11

а15

антеизопентадекановая

Staphylococcus, Bacillus, коринефрмные

12

15:0

пентадекановая

большинство микроорганизмов,

минорный компонент

13

16:1D 9

9,10-гексадеценовая

Все организмы

14

16:1D 11

11,12-гексадеценовая

Nocardia, Fusobacterium,

Bacteroides amylophylus

15

i16:0

изо-пальмитиновая

Streptomyces, Bacteroides, Micromonospora, Brevibacterium, Corinebacterium гр.betae, Curtobacterium, Сellulomonas

16

16:0

пальмитиновая

Все организмы

17

i17:1

изопентадеценовая

Flavobacterium

18

17:1

гептадеценовая

Candida albicans,

19

i17:0

изогептадекановая

Bacillus, Prevotella, Propionibacterium и другие

20

a17:0

антеизогептадекановая

Corinebacterium, Bacteroides, Micromonospora

21

17cyc

циклогептадекановая

Enterobacteriaceae, Pseudomonas

22

17:0

гептадекановая

большинство микроорганизмов и клетеи макроорганизма,минорный компонент

23

18:1D 11

цис-вакценовая

Serratia, Penicillum, Bacteroides amilophilus, Campylobacter, Fusobacterium, Enterobacteriaceae, Pseudomonas,

24

18:0

cтеариновая

все организмы

25

i18

изооктадекановая

Bacillus subtilis, Peptostreptococcus, Bifidobacterium,

26

19cyc

циклононадекановая

Lactobacillus, Enterobacteriaceae,

Pseudomonas, Brucella, Campylobacter

27

19:0

нонадекановая

Bacillus, Serratia

28

20:4

арахидоновая

простейшие, клетки эукариот

29

20:1

эйкозеновая

Propionibacterium jensenii, Actinomyces

30

20:0

эйкозановая

Actinomyces

31

21:0

бегеновая

Francisella

32

18:1D 7

7,8-октадеценовая

грибы, эукариоты

33

22:0

докозановая

Francisella

34

24:0

тетракозановая

Francisella, Mycobacterium

35

26:0

гексакозановая

Mycobacterium

36

i19

изононадекановая

Bacillus subtilis, Bacteroides hypermegas

37

a19

антеизононадекановая

Staphylococcus

38

10Me16

10-метил-гексадекановая

Актиномицеты

39

10Me18

10-метил-октадекановая

(туберкулостеариновая)

Mycobacterium, Nocardia, Corinebacterium bovis, C. гр. xerosis, С.urealyticum, актиномицеты

   

оксикислоты:

 

40

h10

оксидекановая**

Pseudomonas

41

hi11

оксиизоундекановая

Pseudomonas multophila

42

h12:1

оксидодекановая

Pseudomonas aeruginosa

43

h12

оксилауриновая

Pseudomonas, Neisseria, Vibrio

44

hi13

оксиизотридекановая

Pseudomonas multophila

45

h13

окситридекановая

E.coli, Bacteroides hypermegas, Selenomonas

46

h14

оксимиристиновая

Enterobacteriaceae, Fusobacterium, Neisseria, Haemophylus, Wolinella, Vibrio, Campylobacter

47

hi15

оксиизопентадекановая

Prevotela, Flavobacterium, Capnocytophaga

48

h15

оксипентадекановая

Bacteroides ruminicola

49

h16

оксипальмитиновая

Erwinia, Brucella, Pseudomonas cepacea, Ps.pseudomaley, Bacteroides, Wolinella. Cytophaga, Flexibacter, Campilobacter fetus, C.sputorum, C.faecalis, Fusobacterium, Bordetella

50

hi17

оксиизогептадекановая

Bacteroides, Flavobacterium, Cytophaga, Flexybacter

51

h17

оксигептадекановая

B.tetaiotaomicron

52

10h18:1

10-оксиоктадеценовая

Clostridium perfringens

53

h18

оксистеариновая

Francisella, Brucella

54

10h18

10-оксистеариновая

Clostridium perfringens

55

hi20

оксиизоэйкозановая

Chlamidia trachomatis

55

h20

оксиэйкозановая

Chlamidia trachomatis

56

ha15

оксиантеизопентадекановая

Bacteroides

57

ha17

оксиантеизогептадекановая

Bacteroides

58

2h10

2-оксидекановая

Pseudomonas

59

2hi11

2-оксиизоундекановая

Pseudomonas multophila

60

h22

3-оксидокозановая

Chlamidia trachomatis

61

2h12

2-оксилауриновая

Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter

62

2h14

2-оксимиристиновая

Klebsiella

63

2hi15

2-оксиизопентадекановая

Flavobacterium, Flexibacter

64

2h16

2-оксипальмитиновая

Pseudomonas cepacea, Flexibacter, клетки эпителия, спермий и другие эукариотические

65

2hi17

2-оксиизогептадекановая

Flexibacter

66

2,3hi14

2,3-диоксиизотетрадекановая

Legionella

   

Спирты:

 

67

16alc

n-пальмитиновый

Mycobacteria

68

18alc

n-стеариновый

Mycobacteria

69

20alc

n-эйкозиловый

Mycobacteria

70

2h20alc

2-оксиэйкозиловый

Mycobacteria

71

2h22alc

2-оксидокозиловый

Mycobacteria

72

2h24alc

2-окситетракозиловый

Mycobacteria

73

2h26alc

2-оксидгексаозиловый

Mycobacteria

74

Копростанол

холестанол

Eubacterium

75

Эргостерол

 

Микроскопические грибы

* -* - Обозначения веществ: 17:1 - 17- число атомов углерода, цифра после двоеточия - число двойных связей; h - оксикислота; а,i - в начале означает разветвление; аlc - в конце символов - спирт, cyc - циклопропановая кислота. Например, ha17 - 3-окси-антеизогептадекановая кислота, 2h24alc - 2-окситетракозиловый спирт.

**- имеется в виду 3-оксикислоты, если не указано положение гидроксила

Теоретически возможность обнаружения химических маркеров микроорганизмов в крови заложена в механизме иммунного ответа на появление возбудителя. Антигены микроорганизмов, в том числе и целые клетки, адсорбируются и перевариваются фагоцитирующими клетками, а продукты лизиса в выводятся в поток лимфатической и кровеносной систем. Можно представить себе, что поток лимфы, постоянно омывающий ткани, стенки кишечника и эпителий “ворот” инфекции, забирает частицы возбудителей хронической или острой инфекции. Таким образом, через лимфу компоненты антигена, в том числе жизнеспособные клетки микроорганизмов, попадают в кровяное русло, где подвергаются вторичной атаке со стороны фагоцитирующих клеток крови - нейтрофилов и иммуноглобулинов. Сывороточные белки передают компоненты антигена фагоцитам, где запускается известный механизм по уничтожению антигена и пораженных клеток макроорганизма и выработка антител для последующих актов имунной реакции (рис.1). Для целей предлагаемого способа важно, что при этом компоненты микробных клеток попадают в кровь и могут быть определены в ней чувствительным аналитическим методом. Известно также явление обмена микроорганизмами между разными органами, получившее название бактериальной транслокации.

Способ осуществляют следующим образом. 100мг биологической жидкости (например, суммы форменных элементов крови, отдельно лейкоцитов или эритроцитов) высушивают и подвергают кислому метанолизу в 400 мкл сухого хлористого водорода в метаноле 4-6N при 800С в течение 1-18 час. Фракцию полученных таким образом метиловых эфиров жирных кислот, оксикислот, диметилацеталей (производных жирных альдегидов), жирных спиртов, стеринов и других липидных мономеров извлекают из реакционной смеси двумя порциями гексана по 0,2 мл. Объединенный экстракт высушивают и обрабатывают 0,015 мл силилирующего агента, например БСТФА - бис-(триметилсилил)-трифторацетамида для получения летучих производных оксикислот, спиртов и стеринов. Полученную пробу анализируют на хромато-масс-спектрометре в режиме масс-фрагментографии (МФ). При этом по специальной программе последовательно по мере выхода компонентов пробы из хроматографической колонки включают измерение сигнала от специфических ионов маркеров микроорганизмов и выключают измерение маркеров фона биологической жидкости в момент их появления в масс-спектрометре. Площади пиков маркеров на МФ интегрируют автоматически или вручную и заносят данные в протокол. Затем эти данные вводят в программу расчета, подготовленную, например, в электронных таблицах EXCEL. При выявлении компонентов микст-инфекции, в отличие от известного способа, используют фрагменты липидных профилей, содержащие ключевую специфическую информацию для составления математического алгоритма расчета и вычисления средних эффективных концентраций микроорганизмов, соответствующих измеренному количеству маркера. Для количественного расчета используют данные калибровки по чистой культуре одного из микроорганизмов, которые дают соотношение между числом клеток и содержанием липидных компонентов в пробе. Данные калибровки связывают с концентрацией подходящего компонента клеточного материала организма-хозяина, инварианта для данной биологической жидкости. Это позволяет длительное время обходиться без повторных калибровок. В результате расчета, в зависимости от заложенной программы, получают усредненный эффективный состав микст-инфекции и/или концентрации микробных фрагментов с привязкой к возможным микроорганизмам. Время анализа одной пробы составляет 6 часов.

Экспрессное определение разных возбудителей инфекционного процесса в стерильных биологических средах макроорганизма по единой методике измерения концентраций липидных маркеров без высевания чистых культур ранее не производилось, что свидетельствует о соответствии заявленного способа критерию “новизна”.

Способ может быть реализован на серийных ГХ-МС приборах для рутинных анализов, например, фирм Хьюлетт-Паккард, Финниган (США), Шимадзу (Япония), VG (Англия) и других, работающих в режиме МФ при наличии на штатном или дополнительном персональном компьютере программ расчета типа электронных таблиц EXCEL, что соответствует критерию изобретения “промышленная применимость”.

Способ иллюстрируется примерами.

Пример 1. Усредненная норма.

Содержание микробных маркеров в крови практически здоровых людей. Осажденные центрифугированием пробы крови с гепарином форменные элементы в количестве 0,1мл обработаны, как описано выше. Для анализа в инжектор хроматографа введено 2мкл метил-триметилсилильных производных экстракта липидных компонентов пробы. Снята хроматограмма в режиме ГХ-МС-МФ с использованием капиллярной хроматографической колонки из плавленного кварца с неподвижной неполярной привитой метилсиликоновой фазой типа ОV-1 в программируемом температурном режиме, обеспечивающем измерение жирных кислот от С10 до С32. Чувствительность прибора 10пг по метилстеарату в вводимой пробе. Программа автоматического выбора ионов составлена так, чтобы измерить маркеры целевых микроорганизмов и предотвратить детектирование компонентов превалирующего фона клеток крови и реактивов пробоподготовки. В процессе анализа контролировали простые, разветвленные, циклопропановые и окси-кислоты, альдегиды, спирты жирного ряда и стерины, составляющие микробной клетки клинически значимых микроорганизмов. При составлении программы анализа, алгоритма идентификации и количественного расчета эффективного числа клеток компонентов микст-инфекции использованы сведения о химическом составе индивидуальных и коллективных маркеров более 500 штаммов условно патогенных и патогенных микроорганизмов. В крови практически здоровых людей среди веществ микробного происхождения обнаружены разветвленные жирные кислоты, оксикислоты, специфические ненасыщенные и циклопропановые кислоты. Уровень их содержания измерен относительно стандарта, пересчитан на инвариант-маркер клеток крови и приведен в таблице 2 (содержание инварианта - гептадекановой кислоты С17 составляет 20мкг/мл крови). Как видно из таблицы в крови здоровых людей присутствуют маркеры микроорганизмов, которые могут быть отнесены к энтеробактериям, пептострептококку, бактероидам, микобактериям, микроскопическим грибам, клостридиям, стафиллококкам и другим организмам. Данные таблицы 2 использованы в дальнейшем в качестве нормы для оценки патологических изменений состава маркеров микроорганизмов в крови.

Таблица 2.

Состав маркеров микроорганизмов в крови здоровых людей.

Микроорганизм

Маркер

Содержание в пробах (% от С17)

SL-NDT

Control2

Control1

Contreri

NDT-642

Clostridium perfringens

10h18

1,02

0,41

0,41

1,23

0,71

Bacteroides fragilis

hi17

0,00

0,82

0,82

0,07

0,09

Bacillus cereus

a13

0,14

0,26

0,26

0,50

0,36

Staphylococcus aureus

a19

0,12

0,15

0,15

0,21

0,41

Peptostreptococcus anaerobius

i14

1,02

1,12

1,12

1,48

1,95

Propionibacterium

i15

5,76

2,14

2,14

3,36

1,07

Chlamidia trachomatis

hi20

0,02

0,00

0,00

0,00

0,00

Lactobacillus

19cyc

0,37

0,15

0,15

0,09

0,04

Enterobacteriaceae

17cyc

0,04

0,00

0,00

0,03

0,00

Fusobacterium/Haemophylus

h14

0,08

0,20

0,20

0,21

0,07

Peptostreptococcus

a15

7,11

7,70

7,70

9,29

6,22

Neisseria

h12

0,02

0,03

0,03

0,09

0,00

Mycobacteria, TSA

10Me18

0,12

0,09

0,09

0,16

0,04

Candida albicans

17:1

3,32

2,86

2,86

1,75

2,66

Acinetobacter brh12

h12/2h12

0,00

0,05

0,05

0,00

0,00

Streptomyces

h16

2,11

5,66

5,66

7,49

2,49

Prevotela melaninogenica

hi15

0,02

0,15

0,15

0,06

0,05

Corinebacterium

E242

0,78

0,56

0,56

3,43

7,99

Pseudomonas h10

h10

0,04

0,01

0,01

0,00

0,57

Flavobacterium

i17:1

0,06

0,05

0,05

0,14

0,14

Enterobacteriaceae (Serratia)

18:1D 11

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

17;0/284 (инвариант, 20мкг/мл)

17:0

100,00

100,00

100,00

100,00

100,00

Klebsiella

2h14

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

Streptococcus

10:0

1,82

0,00

0,00

0,00

0,00

Eubacterium

Coprost

0,35

0,26

0,26

1,49

2,49

Bacteroides urealyticum

h16

0,96

1,02

1,02

1,23

0,36

Clostridium fallax

14:1

0,10

1,53

1,53

0,07

2,13

P.aeruginosa

h12:1

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

Corineforms

a17

33,50

30,26

30,26

18,98

32,15

 

Пример 2. Определение маркеров микроорганизмов в крови и гнойно-воспалительном очаге при перитоните.

Кровь пациентов с перитонитом исследована на содержание микробных маркеров, как описано в примере 1. Одновременно аналогичным способом определены маркеры в гнойном экссудате, взятом во время операции аппендэктомии. Для сопоставления экссудат исследован также классическим микробиологическим методом при посеве на селективные среды для аэробов и анаэробов (Таб.3). Из сопоставления данных о наличии маркеров микроорганизмов в гнойно-воспалительном очаге и крови больного выявляется объективная возможность нового осмысления ряда патогенетических механизмов гнойно-септических заболеваний. В данном случае недостаточно санированный гнойный очаг является основным источником интоксикации, что проявляется широким разнообразием химических маркеров бактерий в гнойном экссудате и их ограниченном количестве в крови больного. В другом случае (Таб.4) преобладание химических маркеров микроорганизмов в крови по сравнению с брюшной полостью (очаг воспаления достаточно хорошо санирован) свидетельствует о массивном поступлении бактерий и их компонентов в кровь вследствие несостоятельности слизистых барьеров и иммунореактивности. Полученные данные дают основание для изменения тактики лечения таких больных - на первое место выступают не мероприятия по хирургической санации очага, а детоксикация, системная массивная антибиотикотерапия и деконтаминация кишечника. Сопоставление с классическим микробиологическим исследованием гнойного экссудата брюшной полости показывает, что при перитоните обычно удается выделить и идентифицировать очень небольшое число микроорганизмов (1-3) представителей аэробов, либо анаэробов, либо их ассоциацию. Однако многолетний клинический опыт свидетельствует, что в развитии этого тяжелого заболевания участвует значительно большее количество микроорганизмов, так как антибактериальная терапия, направленная лишь на выделенные из гноя бактерии, была бы обречена на неудачу. Это вынуждает врачей при каждом эпизоде перитонита, независимо от результатов посевов, эмпирически использовать мощную комбинированную антибактериальную терапию из трех и более препаратов, включая антибиотики, активные в отношении грамположительных и грамотрицательных аэробов и анаэробов. Результат сопоставления заявляемого способа с классическим микробиологическим исследованием у 20 больных (Таб.5) с разлитым гнойным перитонитом демонстрирует возможности получения данных для антибиотикотерапии, направленной на конкретные микроорганизмы.

Таблица 5.

 

Число микроорганизмов, выявленных двумя методами

№ пробы

Посев на селективные среды

Метод ГХ-МС

 

Аэробы

Анаэробы

Аэробы

Анаэробы

GF-223

1

0

6

7

GF-221

2

1

6

8

NT-008

0

1

6

5

NT-006

1

2

2

7

NT-001

1

2

5

7

NT-020

1

1

5

6

NT-021

1

0

2

5

NT-025

0

2

6

6

NT-026

3

1

2

7

Известно, что выделение микроорганизмов на питательных средах - сложный процесс, зависящий от очень многих факторов. Чередование удач (рост получен) и неудач (роста нет) затрудняет интерпретацию этиологической значимости того или иного микроорганизма в развитии нозологической формы инфекционного заболевания. В частности, гангренозно-перфоративный аппендицит считается полиэтиологичным, а о выделении клостридий при данном заболевании упоминается лишь в отдельных работах наряду с другими бактериями. Даже небольшое по объему исследование, проведенное нами по заявляемому способу, позволило высказать предположение о ведущей роли клостридий в развитии деструктивно-некротических изменений в стенке кишки при гангренозно -перфоративном аппендиците (Табл.6).

Таблица 6 .

Участие отдельных анаэробов в развитии гангренозно-перфоративного аппендицита, выявленное методом ГХ-МС

№ пробы

Пептострептококки

бактероиды

эубактерии

клостридии

GF-223

   

+

+

GF-221

++

++

+++

+

GF-008

+

+

+

+

GF-006

 

+

+++

+

GF-001

+

 

++

++

GF-020

++

 

+++

+

GF-021

+

 

+++

 

GF-025

+

 

+

 

GF-026

+

++

+++

 

GF-011

+++

++

 

++

Маркеры клостридий обнаружены у большинства обследованных больных при использовании метода ГХ-МС, а при классическом микробиологическом исследовании - ни в одном, хотя во многих из них перитонит охарактеризован как гангренозный.

Пример 3. Септицемия при хроническом гломерулонефрите.

Анализ крови на наличие микробных маркеров осуществлен по предлагаемому способу, как описано в примере 1. В таблице 7 и диаграмме приведены микроорганизмы, маркеры которых обнаружены в крови при анализе. Пример показавает, почему не удается обнаружить бактерии, ответственные за состояние септицемии у больного. Посев крови на стандартные питательные среды показал рост кокковых форм и грамотрицательных палочек. Однако адекватная антибиотикотерапия оказалась неэффективной. По данным ГХ-МС анализа в крови действительно обнаружена высокая концентрация маркеров стрептококков и энтеробактерий (Serratia). Однако, кроме того, при анализе предлагаемым способом обнаружена также высокая концентрация веществ, характерных для клостридий, микроскопических грибов Streptomyces, Peptostreptococcus anaerobius - то есть анаэробам, которые редко обнаруживают при стандартных бактериологических исследованиях, особенно в крови. Кроме того, найдены маркеры микобактерий. Остается лишь оценить диагностическую значимость данных находок.

Пример 4. Мониторинг маркеров микроорганизмов в крови в процессе плазмофереза.

Анализ крови на наличие микробных маркеров до плазмофереза, после, через сутки и после лечения осуществлен по предлагаемому способу, как описано в примере 1. В таблице 8 и диаграмме приведены микроорганизмы, маркеры которых обнаружены в крови при анализе до проведения процедуры. Основную нагрузку клеток крови больного составляли антигенные компоненты, характерные для энтеробактерий: циклогептадекановая, циклононадекановая и 3-оксимиристиновая. Это указывает на определенную группу бактерий сем.Enterobacteriaceae. При наличии 2-оксимиристиновой кислоты следует отдать предпочтение роду Klebsiella. Кроме этого велики маркеры микобактерий (см. сноску табл.7), Helicobacter, Clostridium sp., Bacteroides sp.

Динамика изменения концентрации микробных маркеров в крови в процессе плазмофереза приведена в таблице 9. Его основным положительным результатом явилось устойчивое снижение (в пять раз) концентрации эндотоксина энтеробактерий. Снижена до нуля концентрация маркеров бактероидов и анаэробного пептострептококка, однако через сутки их концентрация снова стала расти. Концентрация холестендиола - интерактивного метаболита герпеса - не изменилась. После лечения снижен уровень энтеробактерий, бактероидов и клостридий (Табл.10). Вместе с тем возросла концентрация маркеров анаэробного пептострептококка, стрептококка, стафилококка и Streptomyces, которые также были приведены в норму в результате адекватной антибиотикотерапии.

Пример 5. Исследование маркеров микроорганизмов в крови при эндокардите.

Анализ крови на наличие микробных маркеров до операции осуществлен по предлагаемому способу, как описано в примере 1. Кроме того, после операции исследована ткань удаленного митрального клапана. Из гомогенизата ткани экстрагированы липиды, анализ которых проведен по предлагаемому способу. Состав микробных маркеров в крови в сопоставлении с нормальным уровнем их содержания приведен в табл.11. Превышение над нормой найдено для пропионобактерий, лактобацилл, энтеробактерий , золотистого стафилококка Serratia, Klebsiella, Clostridium sp., P.aeruginosa, Streptomyces, Helicobacter и коринеформных бактерий. Маркеры этих же организмов обнаружены в послеоперационном материале, но в другом количественном соотношении: уменьшение содержания маркеров энтеробактерий, лактобацилл и псевдомонад, с одной стороны, и увеличение доли маркеров Streptomyces, Klebsiella, коринеформных бактерий и Helicobacter. Обнаружение в ткани клапана маркеров бактероидов, анаэробного пептострептококка, стрептококка и эубактерий связано, повидимому, с преимущественным развитием анаэробного процесса.

Пример 6. Мониторинг микробных маркеров в крови при операции по протезированию митрального клапана в связи с эндокардитом.

Анализ крови на наличие микробных маркеров осуществлен по предлагаемому способу, как описано в примере 1. Проведен отбор проб перед операцией в период искусственного кровообращения, после операции и 40 часов спустя. Гистограммы маркеров в сравнении с нормой приведены в таблице 12. В первых трех пробах превышение над нормой найдено для пропионобактерий, лактобацилл, энтеробактерий, Serratia, Clostridium sp., P.aeruginosa, и коринеформных бактерий. Маркеры этих бактерий оставались в исходном соотношении на второй и третьей стадиях моноторинга. Однако в процессе операции и сразу после нее становится заметным увеличение маркеров гемолитического стафиллококка, анаэробного пептострептококка и Bacteroides sp. Через 40 часов после операции лидирующим организмом стал гемолитический стафилококк, концентрация маркеров которого в крови увеличилась почти на три порядка по сравнению с исходными данными. Бактериологическим методом подтверждено наличие Staphylococcus haemolyticus.

Пример 7. Распределение маркеров микроорганизмов в крови больных с различной патологией.

Анализ крови 44 пациентов на наличие микробных маркеров осуществлен по предлагаемому способу, как описано в примере 1. Пациенты с перитонитом, эндокардитом, почечной недостаточностью и воспалительными процессами в различных органах человека. Распределение концентраций маркеров изображено в виде точечной диаграммы на рис.3. Верхняя граница значений в норме обозначена ломаной линией. Из диаграммы следует, что концентрация липидных маркеров микроорганизмов в крови в патологии отличается порядками величин, до 1000 раз, как это видно в примере 6, что свидетельствует о широком динамическом диапазоне способа и, соответственно, надежности детектирования маркеров.

Пример 8. (по известному способу).

Осажденные клетки крови в количестве 100мг сырой биомассы высушены и подвергнуты кислому метанолизу в 200мкл сухого хлористого водорода в метаноле при 80оС в течение 3час. Полученные продукты реакции экстрагировали гексаном, высушивали, силилировали в 20мкл БСТФА и 2мкл смеси вводили в ГХ-МС систему для анализа. Анализ проводили в режиме непрерывного сканирования на системе QP-2000 фирмы Шимадзу, Япония. Данные анализа обработаны на штатном компьютере системы по прилагаемым программам. На хроматограммах по полному току ионов идентифицированы и измерены пики жирных кислот, альдегидов и стеринов пробы до уровня 0,1% от суммы компонентов (Табл.13). Провести измерения ниже этого уровня не позволил биологический фон и ограниченная чувствительность метода прямого сканирования в этих условиях. Поэтому, большинство микробных маркеров (см. табл.1), в том числе оксикислоты, циклопропановые кислоты, минорные разветвленные кислоты, известным способом выявить не удалось.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет проводить специфический количественный анализ микробных маркеров в крови здоровых и больных людей и надежно фиксировать разницу концентраций маркеров. В отличие от других известных способов диагностики инфекции и дизбиозов, ГХ-МС-МФ метод экспрессен и универсален в отношении различной микрофлоры, не требует прекультивирования пробы, а также использования специфического биологического тестового материала: ферментов, сывороток, меток, питательных сред, экспериментальных животных и т.п. В анализе используются химические реактивы и аппаратура, обычно применяемая при хромато-масс-спектрометрическом рутинном анализе.

Прототип:

    1. Осипов Г.А. // Способ определения родового (видового) состава ассоциации микроорганизмов. // Патент РФ №2086642от 10.08.97. С12Т 1/00, 1/20, С12Q 1/04. Бюл №22. Приоритет от 24.12.93.

Дополнительная литература

  1. Осипов Г.А. Демина А.М. Хромато-масс-спектрометрическое обнаружение микроорганизмов в анаэробных инфекционных процессах. Вестник РАМН. -1996, Т.13,-№2,- С.15-27.
  2. Белобородова Н.В. Стратегия и тактика антибиотикотерапии ...... Докторская диссертация. Дмн, микробиология, педиатрия. Российский государственный медицинский университет, Москва, 1996.
  3. Осипов Г.А. Хромато-масс-спектрометрическое исследование микроорганизмов и их сообществ. Докторская диссертация, дбн, микробиология. Библиотека Московской медицинской академии им.Сеченова или Института микробиологии РАН, Москва, 1996г.
  4. Sonesson A., Larsson L., Westerdahl G., Odham G.// Determination of endotoxins by gas chromatography: evaluation of electron-capture and negative-ion chemical ionization mass spectrometric detection of halogenated derivatives of b -hydroxymyristic acid.// J.Chrom.,Biomed.Appl.- 1987.-Vol.417.-P.11-25.
  5. Weyant R.S., Moss C.W., Weaver R.E., Hollis D.G., Jordan J.G., Cook E.C., Daneshvar M.J. Identification of Unusual Pathogenic Gram-Negativ Aerobic and Facultatively Anaerobic bacteria. Second edition. Williams and Wilkins, 1996.
  6. Chemical Methods in Bacterial Systematics (1985) (Goodfellow, M. and Minnikin, D.E., Eds.), Acad. Press, London - Toronto.

 

Формула изобретения

Способ выявления возбудителя инфекционного процесса в стерильных биологических средах макроорганизма, включающий количественный хромато-масс-спектрометрический анализ суммарной биомассы на содержание жирных кислот, оксикислот и других химических компонентов микробных клеток, определение количества отдельных видов микрооганизмов на основе базы данных химического состава чистых культур и баланса химических компонентов, отличающийся тем, что измеряют концентрацию отдельных химических веществ микробного происхождения или их комбинации и исключают из измерения компоненты фона биологической жидкости при использовании селективного масс-спектрометрического детектирования специфических ионов в масс-спектрах измеряемых веществ.

 

Авторы: Осипов Г.А. Белобородова Н.В.

РЕФЕРАТ

Способ выявления возбудителя инфекционного процесса в стерильных биологических средах макроорганизма

Способ относится к микробиологии и может быть использован для детектирования химических компонентов потенциальных возбудителей инфекционного процесса в биологических жидкостях организма человека или животных (кровь, ликвор, моча, синовиальная жидкость, экссудат, транссудат и т.п.). Сущность способа заключается в определении липидных маркеров микроорганизмов непосредственно в этих жидкостях без предварительной инкубации на превалирующем фоне биологического субстрата. При этом состав маркеров определяется методом хромато-масс-спектрометрии по селективным ионам, а их качественное и количественное отнесение к конкретным видам микроорганизмов производится при использовании банка данных по химическому составу вероятных участников инфекционного процесса. Количественные определения проводятся с использованием внутреннего стандарта и уравнений баланса концентраций определяемых химических компонентов с учетом вклада отдельных микроорганизмов.

 

flamingo banner
Banners Exchange System 'Flamingo'
Russian Link Exchange