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高通量自动化和基因组学用于抗生素耐药性监测系统的多元化应用

文章出处:北京华锐捷科技有限公司   责任编辑:北京发电机设备租赁   发布时间:2024-11-19 15:23:56    点击数:5123   【

抗生素耐药性(Antimicrobial resistance,AMR)是一个日益严峻的全球性卫生问题,导致人类和动物的许多疾病无法得到有效治疗。目前动物耐药性监测方法效率低下,且效果不佳,使问题进一步复杂化。然而,自动化液体处理系统与高通量测序平台的联合使用,意味着可以从食用动物中获得的大量样本中识别抗生素耐药性,可以有效防止耐药基因流向人类。


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AMR的影响


AMR正在全球范围内上升,已成为与气候变化一样紧迫的挑战。它的出现是因为抗生素的不当使用,以及未经处方使用抗生素。更重要的是,缺乏治疗细菌感染的新药物。这个问题并不仅限于人类,因为许多相同或密切相关的抗生素也同样被用于治疗动物。这可能导致耐药病原体在动物体内得以进化,然后通过食物链转移给人类——并携带了耐药基因。动物身上发现的越来越多的耐药病原体可能会导致:


人类发病率增加


人类死亡率增加


人类使用相关抗生素的疗效降低


人类医疗保健成本增加


携带和传播病原体的可能性增加


人类病原体的耐药性发生频率增加


因此,从食用动物获得的抗生素耐药性对人类健康构成的威胁迫在眉睫,必须在转移给人类之前进行检测,这也是抗生素耐药性监测的切入点。


根据2019年AMR报告,AMR在全球导致了127万人死亡,已超过了获得性免疫缺陷病(AID)导致的死亡人数。此外,AMR还间接导致495万人的死亡。


AMR监测


AMR监测系统专门用于寻找出现在食用动物中的耐药病原体,同时为保护人类健康提供了一个至关重要的屏障。尽管这些系统在全球范围内持续运行,但目前的做法仍然是不够的。主要问题是成本,因为一个单独菌株从开始到结束的费用约为300澳元,相当于每年同一来源的一个菌群的检测费用为6万澳元。这导致检测的样本量较少,且最终得出的结论也非常有限。


例如,丹麦拥有世界上最好的养猪场监测系统之一。但是,平均每年只调查了193个大肠杆菌菌落。这几乎不可能准确表述耐药病原体的分布情况,当然也没有足够的数据来指导AMR的关键决策。然而,实验室自动化可以为这些问题提供一个有潜力的解决方案,可以对大批量样本进行高成本效益的处理,从而提供更切实的证据,帮助保护这些救命的药物。


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自动化药敏平台(RASP)


RASP是一个自动化平台,可高通量监测多种应用,包括食品生产动物的耐药性。它可以提供快速和可靠的数据,为兽医、农民和政府机构就动物种群中的AMR 提供建议。由于AMR会随着时间和地点的变化而变化,因此该灵活平台能够捕捉到现有和新出现的耐药性,并对进化模式提供科学分析。


更重要的是,这个平台可以处理和检测大批量的样本,并提供可靠数据。将Tecan®的自动化平台、Bruker®的MALDI-TOF和Illumina®测序平台结合到一个高通量解决方案中,在遵守国际公认标准的同时,可以快速筛选数千个样本,并在大量菌种中研究AMR。


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传统的检测方法只随机挑选一种不代表该物种AMR的菌株。使用RASP,整个过程是自动化的,可以处理上千个分离株,以生成可靠的、具有代表性的AMR数据。在短短两周内,可以处理多达4000个分离株,而成本只是传统方法的一小部分——用于MIC敏感性检测的每个分离株只需6澳元。


这些数据可以用来鉴定高度耐药的菌株,以及一个物种内和不同农场之间的耐药性。这些数据还可以被整理进国家的数据库,更重要的是,这些数据可以反馈给农民、兽医和决策者,以指导适当的治疗优化。


自动化与基因组学结合带来的影响


耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)对人类和动物造成严重的健康问题。在澳大利亚,发现了一种高毒性的MRSA菌株,它从人类转移到猪身上,然后再次感染人类。利用高通量自动化和基因组学,可以追踪该菌株的起源。人们发现,来自不同国家的农场工人携带的人类MRSA菌株最终在在澳大利亚的猪身上定居。最后通过增强农民教育和优化流程来改善这一影响,工人也开始戴口罩并改善手部卫生。


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结论


自动化和基因组学的结合是微生物学的未来。升级使用先进的液体处理平台,使我们能够快速评估AMR干预措施,改变细菌管理策略,调查疫情并筛查人类和动物中的病原体。RASP是AMR监测的新一代方法,可显著提高通量并降低成本,从而更好地制定决策,以减少AMR的全球影响。


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