Diagnostische Verfahren in der Mikrobiologie: Realität oder Science-Fiction?

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1 Diagnostische Verfahren in der Mikrobiologie: Realität oder Science-Fiction? Dr. med. vet. Vladimira Hinić Klinische Mikrobiologie Universitätspital Basel 1

2 1. Automation in der klinischen Mikrobiologie 2

3 Automation in der Mikrobiologiewarum so spät? Hohe Komplexitätund Variabilitätder Arbeitsabläufe in der Mikrobiologie: - Untersuchungsproben (Transportmedien) - Ansatz - Inkubation - Identifikation - visuelle Auswertung usw. Anforderungen an die Automation: Beispiel Vereinheitlichung der Probenmaterialien mit Universal Flüssigtransportmedia (z.b. ESwab) 3

4 Gründe für die Einführung der Automation Wachsende Anzahl von Proben Zeit sparen (kürzere time-to-result, Arbeitszeit) Kostendruck Wirtschaftlichkeit und Konkurrenzfähigkeit Arbeitssicherheit beim Umgang mit infektiösem Materialien 1. Automationsmodul : Ausstrichautomat BD Kiestra InoquIA 4

5 1. Automationsmodul : Ausstrichautomat 2. Automationsmodul : Inkubator 5

6 3. Automationsmodul : Auswertung Vollautomationssystem (Total Lab Automation) 6

7 Nachteile der Automation Hohe Investitionen Ausfall der Geräte Kontamination (z.b. Schimmelpilz Sporen) «Massendiagnostik» 7

8 2. Identifikation der Mikroorganismen Bunte Reihe Enterotube Biochemische Identifizierung API VITEK 8

9 New superhero in the neighbourhood MALDI-TOF Massenspektrometrie (Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight) Massensignale von ribosomalen und zytoplasmatischen Proteinen als Marker für die Speziesidentifizierung («molekularer Fingerabdruck») 9

10 MALDI-TOF MS Workflow 1 Koloniematerial aufs Target auftragen Zugabe von 2 Matrixlösung 3 Target ins Gerät und starten Auch automatisierbar MALDI-TOF MS Prinzip Burak S., Gehrt A., wienerklinisches magazin2010, 6:

11 MALDI-TOF MS : weitere Entwicklungen Identifikation der Keime direkt ab Urin Identifikation direkt ab gewachsener Blutkultur Stammtypisierung Bestimmung bestimmter Virulenzfaktoren(z.B. Toxine) Bestimmung ausgewählter Antibiotikaresistenzen: -PBP2αbei MRSA - Carbapenemasen bei Enterobacteriaceae usw. 3. Neuste DNA-basierte diagnostische Methoden 11

12 Das erste PCR-Gerät Denaturierung 95 C Primer annealing 60 C Elongation 70 C Konventionelle PCR ~ 5 h 1.5 h 2 h 1.5 h 10 min Real-time PCR (inkl. autom. Extraktion) ~ 3 h 1h 45 min 1h 15 min 12

13 GeneXpert System Resultat: 50 Min -1h 30 Min GeneXpert System 13

14 The story behind GeneXpert : erhältliche Tests GeneXpert Test Nachweis von Xpert MRSA/SA MRSA/S. aureus Xpert EV Enteroviren (Meningitis) Xpert Flu Influenza A, Influenza B, pandemic strain 2009 H1N1 Xpert CT/NG C. trachomatis/n. gonorrhoeae Xpert vana/vanb van A/van B Resistenzgen bei Enterokokken Xpert BA 4-Plex B. anthracis Xpert HemosIL FII&FV Factor II und Factor V Alleles Xpert BCR-ABL BCR-ABL Oncogene (CML, ALL) Xpert GBS Gruppe-B-Streptokokken Xpert MTB/RIF M. tuberculosis-komplex/rifampicin Resistenzmutationen Xpert C. difficile C. difficile 14

15 Xpert GBS Ermöglicht Nachweis von Gruppe-B-Streptokokken in 50 Minuten direkt ab vaginal/perianal Abstrich Xpert MTB/RIF Ermöglicht Nachweis von Mycobacteriumtuberculosis-Komplex in weniger als 2 Stunden direkt ab klinischem Material Zusätzliche Information über Anwesenheit von Rifampicin- Resistenzmutationen 15

16 WHO Initiative: Rolling out Xpert MTB/RIF globally 145 Länder 3602 GeneXpert Geräte 1.1 Millionen Kartuschen WHO, Global Tuberculosis Report 2012 MAX 16

17 Next Generation Sequencing(NGS)- die ultimative genetische Technik Millionen Sequenzierungsreaktionen parallel (Output per Lauf: 10 Mio Mio. Sequenzen pro Analyse) Anschliessend werden alle sequenzierten Fragmente mit spezieller Software zusammengestellt Sequenzierung des ganzen bakteriellen Genoms schnell und billig 17

18 Genome Sequencer FLX System PacBio RS Auslesung des Genoms von «Ötzi» mit NGS vermutlich braune Haare Blutgruppe 0 Gelitten unter Laktose-Intoleranz Genetische Prädisposition für ein erhöhtes Risiko für koronare Herzkrankheit 60% des Genoms einer Borrelien- Art mitsequenziert: Ötzi hatte Lyme Borreliose Keller, A. et al. Nature Commun. 3, 698 (2012) 18

19 NGS: Möglicher Einsatz in der Mikrobiologie Identifikation (16S rrna Gen, rpob Gen usw.) Genetische Resistenztestung und die Voraussage über Resistenzmechanismen (z.b. meca Gen bei Staphylokokken) Virulenzfaktoren Typisierung 4. Sci-Fi in der Mikrobiologie (und Entdeckung der neuen Welten) 19

20 Mikro Der erste Astronaut Antonie van Leeuwenhoek ( ) Van Leeuwenhoek s«tierchen» 20

21 Elektronenmikroskop Antonie van Leeuwenhoek ( ) 21

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