专利名称：用于特异性检测抗β-内酰胺抗生素的革兰氏阴性菌的培养基的制作方法
用于特异性检测抗β_内酰胺抗生素的革兰氏阴性菌的培养基本发明的领域是通过生物化学手段进行的微生物分析，以及特别是对微生物比如细菌或酵母菌的检测和鉴定。细菌对抗生素的抗性是一个主要的公共健康问题。感染性微生物对治疗的抗性与抗感染分子同时发展，如今成为治疗中的主要障碍。这样的抗性是许多问题的原因，包括实验室检测的困难、受限的治疗选择和对临床结果的有害影响。特别是，致病菌的抗性在过去 20年间快速且不可抑制的增长，成为医学中当前主要的问题之一。这些生物体所引起的感染使得住院期间延长，并且与治疗失败后的高发病和死亡率相关。在细菌菌株中可以同时涉及几种抗性机制。其通常被分为3类抗生素对细菌的穿透不足、抗生素被细菌酶系统失活或排出、以及抗生素和细菌靶标之间缺乏亲和力。就所涉及的物种和抗生素的数目而言，酶失活是获得性抗性中最常见的机制。因此，染色体C类头孢菌素酶目前构成了革兰氏阴性菌的主要抗性机制之一，表达此酶的细菌对头孢菌素有抗性。类似地，β-内酰胺酶是由某些细菌表达的酶，其能够水解β-内酰胺抗生素家族抗生素的基本结构β -内酰胺环中的C-N键，以生成对微生物无活性的产物。 几种内酰胺酶抑制剂(BLI)，如棒酸(CA)、三唑巴坦和舒巴坦，已经被开发出来以增加抗微生物的活性以及拓宽与其相关的内酰胺抗生素谱。它们作为内酰胺酶的自杀性底物起作用，从而防止抗生素的酶降解并使它们对最初有抗性的细菌变得有效。然而，由于菌株持续暴露在抗生素压力下，细菌通过持续和动态地产生β_内酰胺酶表现出其适应能力，β-内酰胺酶随着新分子的发展而同时演变。结果，产生高水平染色体C类头孢菌素酶的革兰氏阴性菌(提及的为HL Case细菌)，以及产生超广谱β-内酰胺酶的革兰氏阴性菌(提及的为ESBL细菌)成为日益增加的威胁，特别是由于所涉及到的细菌种类数目也在增加。HL Case和ESBL细菌不仅对基于第一和第二代头孢菌素和青霉素的治疗具有抗性，而且还对第三代头孢菌素(C3G)(头孢噻肟CTX、头孢他啶CAX，头孢泊肟CPD，头孢曲松 CR0)和单酰胺菌素(氨曲南ATM)的治疗具有抗性。另一方面，7α-甲氧基头孢菌素(头孢霉素头孢西丁、头孢替坦)和碳青霉烯(亚胺培南、美罗培南、厄他培南)通常保持其活性。ESBL被β-内酰胺酶抑制剂(BLI)所抑制，这使其可以与其它头孢菌素酶相区分。这些细菌因而最通常地是同时表现出对几种治疗的抗性，这对于建立相关的治疗并避免治疗的失败而言带来了困难。大肠杆菌(Escherichia coli)因而可以是HLCase 和ESBL。此外，由于ESBL-阳性肠道菌有通过菌株的克隆传递或接合质粒转移而散播抗性的趋势，这成为控制感染方面的问题。在大多数的研究中，大肠杆菌和肺炎克雷伯菌 (Klebsiellapneumoniae)仍是最常见的产ESBL的种类。然而,在过去的几年中,ESBL已极大的扩宽了其宿主种类的范围。事实上，许多种类的肠道细菌和非发酵革兰氏阴性菌(如绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa))也已经被报导产生ESBL。因此，从公共健康的视角来看，能够尽快鉴定这样的微生物以及这样的抗性机制
就变得至关重要。通常，按照下面的步骤搜寻对治疗具有抗性的微生物
1.取可能含有所述微生物的生物样品；2.接种并温育培养基(18到48h)以诱导该微生物的指数生长；3.在培养基上精确找到可能有意义的微生物的菌落；4.鉴别该微生物种类；5.鉴定所分析的微生物的抗性机制、其生物学意义，以及任选的适合的疗法。此连续的步骤在取可能含有微生物的生物样品和给出适合患者的疗法之间包括相当长的时间。而且，使用者通常必须实施手动将微生物从第一培养基转移到第二培养基的步骤，这可能导致问题，特别是污染问题，而且对操作者的健康也有风险。举例来说，为了检测超广谱内酰胺酶(ESBL)在大肠杆菌和肺炎克雷伯菌菌株中的存在，可以使用如 Jacoby和Han的出版物中描述的扩散技术(J Clin Microbiol. 34(4) :908_11，1996)，然而该技术没有提供任何关于鉴定所测试的菌株的信息其可以确定细菌是否为产生ESBL的细菌，但它不能区分这样的细菌是大肠杆菌还是肺炎克雷伯菌。代谢底物也被用于检测ESBL或HL Case的存在。在这方面，AES实验室建议使用将含头孢噻肟的德氏培养基(Drigalski medium)与含头孢他啶的麦氏培养基相结合的双片(biplate)培养基。德氏和麦氏培养基使得可以显示出乳糖酸化、这是非常多的肠道细菌种类中存在的代谢。然而，这样的培养基使得只可以区分抗性菌株与非抗性菌株，而不能区分表达ESBL的细菌与表达HL Case的细菌。该培养基也不能鉴定具体的细菌种类，还不能例如区别大肠杆菌和肺炎克雷伯菌。在对ESBL之外的抗性机制进行检测的情况中，可提及的是专利申请EPO卯4560， 其涉及通过将万古霉素与显示两种酶活性(β_葡糖苷酶和吡咯烷酮芳基酰胺酶)的生色培养基相结合，来搜寻万古霉素抗性肠球菌。然而，此生色培养基仅使得可以确定万古霉素抗性菌株是否属于肠球菌(Enterococcus)属，而不能鉴定种类或所涉及的抗性机制，特别是不能鉴定抗性是获得性抗性还是野生性抗性。因此，对微生物种类的鉴别，以及随后的对于其治疗抗性的鉴定是漫长而费力的。 当分离物实际上没有抗性微生物时，如果实验室给临床医生提供了阳性信息，这可能导致不必要和不适当的治疗。相反，没有传达随后被确认的阳性信息，会使对患者的隔离(以及可能的适当的治疗)的建立延迟一天。这显示了对快速和可靠的确认测试的需求。因此本发明要通过提供新的诊断工具来改进现有技术，所述诊断工具使得可以在时间、可靠性、以及与所实施疗法的相关性方面获得益处。我们的发明使得可以在单一步骤中鉴定存在于样品中的革兰氏阴性菌种类并确认其抗性机制从而为每位患者提出适当的疗法。在进一步公开本发明之前，提供下列定义以便于理解本发明。术语“反应培养基”是指含有微牛物如金黄代葡萄球菌的存活和/或生长所需的所有元素的培养基。此反应培养基可以仅作为显示培养基，或可以作为培养和显示培养基。在第一种情况下，微生物的培养在接种之前进行，而在第二种情况下，反应培养基也构成培养培养基。反应培养基可以是固体、半固体或液体。术语“固体培养基”是指，例如，凝胶培养基。优选本发明的培养基为凝胶培养基。琼脂是在微生物学中培养微生物的常规胶凝剂，但可以使用明胶或琼脂糖。某些制备物是商业可购买的，如Columbia琼脂、Trypcase-soy 琼月旨、Mac Conkey 京月旨、Sabouraud 京月旨，或更通常的有 Handbook of Microbiological Media(CRC出版)中所描述的那些。本发明的反应培养基可以包含任选的其他添加剂，例如蛋白胨、一种或多种生长因子、碳水化合物、一种或多种选择性物质、缓冲溶液、一种或多种胶凝剂等。此反应培养基可以是待用的液体或凝胶形式，即其准备用于在试管或烧瓶中或者在皮氏培养皿上的接种。当其以烧瓶中凝胶的形式提供时，优选在倒入皮氏培养皿之前进行事先的培养基再生 (经100°C (passage ΙΟΟ ))。也可以是粉末形式的培养基或烧瓶中的培养基，其在被倒入皮氏培养皿、试管或烧瓶之前，具有向其中添加的补充物。优选本发明的培养基为选择性培养基，S卩，含有促进革兰氏阴性菌生长的化合物的培养基。特别可以提及的是柠檬酸钠、亚硫酸钠、抗生素如万古霉素、抗真菌的如两性霉素B、纳他霉素或放线菌酮、表面活性剂如胆盐、脱氧胆酸钠或Tergitols、以及染料如亮绿、结晶紫、品红、曙红或亚甲蓝。优选本发明的培养基是含有促进超广谱内酰胺酶 (ESBL)细菌生长的化合物的选择性培养基。特别可以提及的是头孢菌素 第一代头孢菌素，如头孢氨苄、头孢噻啶、头孢噻吩、头孢唑啉、头孢羟氨苄、头孢西酮、头孢曲秦、头孢匹林、头孢拉定、头孢乙腈、cefrodaxine、头孢替唑； 第二代头孢菌素，如头孢西丁、头孢呋辛、头孢孟多、头孢克洛、头孢替坦、头孢尼西、头孢替安、氯碳头孢、头孢美唑、头孢丙烯、头孢雷特； 第三代头孢菌素，如头孢噻肟、头孢他啶、头孢磺啶、头孢曲松、头孢甲肟、拉氧头孢、头孢唑肟、头孢克肟、头孢地嗪、头孢他美、头孢匹胺、头孢哌酮、头孢泊肟、头孢布烯、 头孢地尼、头孢托仑、头孢曲松、头孢哌酮、头孢拉宗； 第四代头孢菌素，如头孢吡肟、头孢匹罗。对于革兰氏阴性菌，可以特别提及的有下列属的细菌假单胞菌(I^eudomonas)、 埃西氏菌Escherichia)、沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella)、肠杆菌 (Enterobacter)、克雷伯菌(Klebsiella)、沙雷菌(Serratia)、变形杆菌(Proteus)、弯曲杆菌(Campylobacter)、嗜血菌(Haemophilus)、摩根氏菌(Morganella)、弧菌(Vibrio)、耶尔森氏菌(Yersinia)lif (Acinetobacter)、布兰汉氏球菌(Branhamella)、奈瑟球菌(Neisseria)、伯霍尔德杆菌(BurWiolderia)、柠檬酸杆菌(Citrobacter)、哈夫尼亚菌 (Hafnia)、爱德华氏菌(Edwardsiella)、气单胞菌(Aeromonas)、摩拉克氏菌(Moraxella)、 巴斯德菌(Pasteurella)、普罗维登斯菌(ftOvidencia)和军团菌(Legionella)。表沭“ β -内酰胺抗牛素抗件机制”是指使得微牛物可以使对其的治疗部分地或完全地失效而保证其生存的任何类型的方式，其中所述方式与属于超广谱内酰胺酶组的酶的表达相关，或者与属于高水平表达的染色体C类头孢菌素酶组的酶的表达相关。表沭“用于β -内酰胺抗牛素抗件机制的标记物，，是指使得可以展示这样的抗件机制的化合物，如头孢吡肟及其盐(Masuyoshi S.等，1989-“Comparison of the in vitro and in vivo antibacterial activities of cefepime(BMY-28142)with ceffazidime, cefuzonam, cefotaxime and cefmcnoxime.，，)。表沭“所沭β_内酰胺抗牛素抗件机制之外的抗件机制的抑制剂”是指这样的化合物，其使得可以间接抑制发展出特定抗性的生物体的生长，而不对表达所述内酰胺抗生素抗性机制的革兰氏阴性菌产生抑制，如氯唑西林(Jack和RichmOndl970- "A comparative study of eight distinct beta-lactamases synthesized by gram-negative bacteria. ”)用于对C类头孢菌素酶的抑制。为了本发明的目的，酶或者代谢活性的底 选自可以被水解为这样的产物的任何底物，所述产物使得可以直接或间接检测代谢的酶活性，例如特别是糖苷酶(osidase)活性，优选葡萄糖醛酸糖苷酶、葡糖苷酶或半乳糖苷酶活性。其可以是天然或合成底物。底物的代谢引起反应培养基或生物体细胞的物理化学属性的变化。这样的变化可通过物理化学方法来检测，特别是通过操作者眼睛的光学方法、 或者通过光谱、电、磁等仪器的手段。优选其是光学属性的变化，如吸收、荧光或发光中的改变。作为生色底物，可以特别提及的是基于吲羟、黄酮、茜素、吖唆、七叶亭、吩恶嗪、硝基酚、硝基苯胺、萘酚、儿茶酚、羟基喹啉、香豆素、氨基苯酚或二氯氨基苯酚的底物。优选本发明所使用的是基于吲羟的底物。作为荧光底物，可以特别提及的是基于伞形酮或香豆素的底物，基于试卤灵、吩恶嗪、萘酚、萘胺、2’ -羟基苯基杂环或2’ -氨基苯基杂环的底物，或者基于荧光素的其它底物。优选本发明中使用的底物为5-溴-4-氯-3-吲羟-β -D-吡喃葡萄糖苷，优选与 5-溴-6-氯-3-吲羟-，β_ -D-吡喃半乳糖苷组合。其他可能的底物；β -葡糖苷酶底物 5-溴-6-氯-3-吲羟-β -葡萄糖苷；二羟基黄酮-β -葡萄糖苷；3-羟基黄酮-β -葡萄糖苷，3，4_环己并七叶亭-β-葡萄糖苷(没有提及3，4_环戊并七叶亭-β-葡萄糖苷？)； 8-羟基喹啉- β -葡萄糖苷；5-溴-4-氯-3-吲羟-N-甲基- β -葡萄糖苷；6-氯-3-吲羟-β -葡萄糖苷；5-溴-3-吲羟-β -葡萄糖苷；5-碘-3-吲羟-β -葡萄糖苷；6-碘-3-吲羟-β -葡萄糖苷；6-氟-3-吲羟-β -葡萄糖苷；茜素-β -葡萄糖苷；硝基苯基-β -葡萄糖苷；4-甲基伞形酮-β -葡萄糖苷；萘酚基苯甲醇-β -葡萄糖苷；吲羟-N-甲基-β -葡萄糖苷；萘基-β -葡萄糖苷；氨基苯基-β -葡萄糖苷；二氯氨基苯基-β -葡萄糖苷；β -半乳糖苷酶底物5-溴-4-氯-3-吲羟-β -半乳糖苷；二羟基-黄酮-β -半乳糖苷；3，4-环己并七叶亭-β -半乳糖苷；8-羟基-喹啉-β -半乳糖苷；5-溴-4-氯-3-吲羟-N-甲基-β -半乳糖苷；6-氯-3-吲羟-β -半乳糖苷；5-溴3-吲羟-β -半乳糖苷；5-碘-3-吲羟-β -半乳糖苷；6-氟-3-吲羟-β -半乳糖苷；茜素-β -半乳糖苷；硝基苯基-β -半乳糖苷；4-甲基伞形酮-β -半乳糖苷；萘酚基苯甲醇-β -半乳糖苷；喷轻-N-甲基-β -半乳糖苷；萘基-β -半乳糖苷；氨基苯基-β -半乳糖苷；二氯氨基苯-β -半乳糖苷；β -葡萄糖醛酸糖苷酶底物5-溴-6-氯-3-吲羟-β -葡萄糖苷酸；二羟基黄酮-β -葡萄糖苷酸；3，4_环己并七叶亭-β-葡萄糖苷酸；8-羟基喹啉-β-葡萄糖苷酸；5-溴-4-氯-3-吲羟-β -葡萄糖苷酸；5-溴-4-氯-3-吲羟-N-甲基-β -葡萄糖苷酸；6-氯-3-吲羟-β -葡萄糖苷酸；5-溴-3-吲羟-β -葡萄糖苷酸；5-碘-3-吲羟-β -葡萄糖苷酸；6-氟-3-吲羟-β-葡萄糖苷酸；茜素-β-葡萄糖苷酸；硝基苯基-β-葡萄糖苷酸；4-甲基伞形酮-β -葡萄糖苷酸；萘酚基苯甲醇-β -葡萄糖苷酸；吲羟-N-甲基-β -葡萄糖苷酸；萘基-β -葡萄糖苷酸；氨基苯基-β -葡萄糖苷酸；二氯氨基苯基-葡萄糖苷酸；α -葡糖苷酶底物，α -半乳糖苷酶底物，酯酶，特别是脂肪酶或磷酸酯酶底物，纤维二糖糖苷酶底物，核糖糖苷酶底物和己糖胺酶底物。本发明的底物可以被用于广泛的pH范围，特别是在pH5. 5到10之间，优选6. 5到 10之间。当本发明的培养基包含一种或多种β-葡糖苷酶酶活性的底物时，底物的浓度优选在0. 01到2g/l之间，更优选在0. 02到0. 2g/l之间，而有利地是在0. 05到0. 15g/l之间。这是因为，在此底物浓度，获得了更好的颜色对比。优选的，所述生色底物选自葡萄糖醛酸糖苷酶底物、β -葡糖苷酶底物和β -半乳糖苷酶底物。术语“^UMM”是指源自生物液体样本的临床样品，或源自任何类型食物的食物样品。此样品因而可以是液体或固体，可以以非限制性方式提及的有血液、血浆、尿液或粪便的临床样品、或者直肠、鼻、喉、皮肤、伤口或脑脊髓液样本的临床样品，或者来自水的食物样品，来自饮料如牛奶或果汁的食物样品，来自酸奶、来自肉类、来自蛋、来自蔬菜、来自蛋黄酱、来自奶酪、来自鱼等的食物样品，或者来自动物饲料的食物样品，例如特别是来自动物膳食的样品。在这方面，本发明涉及用于具有β -内酰胺抗生素抗性机制的革兰氏阴性菌的反
应培养基，其含有· β-内酰胺抗生素抗性机制的标记物，其为头孢吡肟， 所述β -内酰胺抗生素抗性机制之外的抗性机制的抑制剂。根据本发明一个优选的实施方案，所述抗性机制的抑制剂为氯唑西林。优选氯唑西林的浓度在0. 05到lg/Ι之间，而且更优选在0. 1到0. 3g/l之间。有利的为0. 2g/l。根据本发明一个优选的实施方案，头孢吡肟的浓度在0. 05到lmg/1之间，更优选在0. 10到0. 5mg/l之间。有利的为0. 25mg/l。根据本发明一个优选的实施方案，反应培养基也包含酶活性或代谢活性的底物， 优选为生色底物。根据本发明一个优选的实施方案，所述生色底物选自葡萄糖醛酸糖苷酶底物、 β-葡糖苷酶底物和β-半乳糖苷酶底物。根据本发明一个优选的实施方案，生色底物的浓度在0. 02到2g/l之间而更优选在0. 03到0. 5g/l之间。有利的为0. lg/1。根据本发明一个优选的实施方案，所述培养基包括至少两种生色底物的组合。根据第一个实施方案，该组合包括葡萄糖醛酸糖苷酶底物和葡糖苷酶底物。根据第二个实施方案，该组合包括β-半乳糖苷酶底物和β-葡糖苷酶底物。本发明也涉及上文所定义的培养基的用途，其用于检测对β -内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌，优选检测超广谱内酰胺酶(ESBL)细菌。本发明也涉及检测对β -内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌的方法，其特征在于包括下列步骤1.提供如上文所定义的反应培养基，2.用待测生物样品接种所述培养基，3.进行温育，以及4.检测对β -内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌的存在。温育优选在30°C到42°C之间的温度进行。优选通过使得可以获得有色或荧光菌落的具体的葡萄糖醛酸糖苷酶、β-葡糖苷酶或β-半乳糖苷酶活性来检测对β-内酰胺抗生素具有抗性的革兰氏阴性菌。其他的种类则呈现无色或者与对β-内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌菌落具有不同的颜色或荧光。给出下面的实施例用做解释而本质上不是为了限制。其使得可以更清楚的理解本发明。实施例1菌株的选择发明人选择使得可以评价关于革兰氏阴性菌种类的抗生素活性的菌株肠道细菌和非发酵杆菌。特别的，使用了产ESBL菌株、产高水平头孢菌素酶的菌株(HL Case)和没有特别抗性特点的菌株(称为野生型)。培养基的制备所测试的培养基是由ChromID CPS培养基(bioMerieux ref43541)的蛋白胨基础组成，高压蒸汽灭菌后向该融化的培养基中加入300mg/l氯唑西林，并且对培养基T 加入％ig/ml头孢泊肟，对培养基A 加入0. 25mg/L的头孢吡肟，对培养基B 加入;3mg/l的头孢孟多，以及对培养基C 加入3mg/ml的头孢呋辛。培养基的接种通过使用0. 5McF的细菌悬液进行3区划线法来接种培养基。随后在37°C将该培养基温育M小时。培养基的读取在18小时和M小时温育后目视观察该培养基。根据下面的尺度评价生长密度以及显色和显色强度。-或0，没有生长或没有酶活性的表达(即，未显色)+ 弱生长或弱酶活性++ 非常强的生长密度或强酶活性(非常强的显色)结果
权利要求
1.用于具有β-内酰胺抗生素抗性机制的革兰氏阴性菌的反应培养基，其含有 用于β-内酰胺抗生素抗性机制的标记物，其是头孢吡肟， 所述β-内酰胺抗生素抗性机制之外的抗性机制的抑制剂。
2.权利要求I的反应培养基，特征在于所述抗性机制的抑制剂为氯唑西林。
3.权利要求I或2的反应培养基，特征在于头孢吡肟的浓度在O.05到lmg/1之间，更优选在O. I到O. 5mg/l之间。
4.权利要求1-3之一的反应培养基，还包含酶活性或代谢活性的底物，优选为生色底物。
5.权利要求4的反应培养基，其中所述生色底物选自葡萄糖醛酸糖苷酶底物、β-葡糖苷酶底物和半乳糖苷酶底物。
6.权利要求I到5任一项的反应培养基用于检测对β-内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌的用途。
7.权利要求6的用途，其中所述对β_内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌为超广谱 β-内酰胺酶(ESBL)细菌。
8.用于检测对β_内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌的方法，特征在于其包括下列步骤a)提供权利要求1-5任一项的反应培养基，b)用待测生物样品接种所述培养基，c)进行温育，以及d)检测对β_内酰胺抗生素具抗性的革兰氏阴性菌的存在。
全文摘要
本发明涉及用于对β-内酰胺抗生素具有抗性机制的革兰氏阴性菌的反应培养基，所述反应培养基包括用于β-内酰胺抗生素抗性机制的标记物，其为头孢吡肟，所述β-内酰胺抗生素抗性机制之外的抗性机制的抑制剂。
文档编号C12Q1/04GK102597259SQ201080033448
公开日2012年7月18日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年7月27日
发明者G·赞巴阿迪 申请人:生物梅里埃公司