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항생제 민감도 검사

Antibiotic sensitivity testing
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항생제 민감도 테스트의 예.항생제가 들어 있는 얇은 종이 디스크는 한천판 배양균에 놓여 있다.박테리아는 민감한 항생제 주변에서 자랄 수 없다.이것은 "억제 구역"이라고 불린다.

항생제 민감도 검사 또는 항생제 민감도 검사는 항생제에 대한 박테리아의 민감도를 측정하는 것이다.그것은 박테리아가 일부 항생제에 내성을 가지고 있을 수 있기 때문에 사용된다.민감도 검사 결과는 감염 부위와 공통원인균에 대한 임상적 의심을 바탕으로 항생제를 선택하는 경험요법에서 항생제의 선택이 유기체에 대한 지식과 그 감수성을 바탕으로 하는 유도요법으로 임상전문가가 항생제의 선택을 바꿀 수 있게 해준다.아이즈[1]

민감도 검사는 주로 의학실험실에서 이뤄지며 항생제에 박테리아를 노출시키는 배양법이나 박테리아에 내성을 부여하는 유전자가 있는지 검사하는 유전자법을 사용한다.배양법은 균등하게 접종된 한천 배양 접시에 항생제가 들어 있는 종이디스크 주변에서 세균 성장 없는 부위의 직경을 측정하는 경우가 많다.박테리아의 성장을 막는 항생제의 가장 낮은 농도인 최소 억제 농도는 억제 영역의 크기에서 추정할 수 있다.

베타락탐 항생제 페니실린이 발견된 이후 항생제 민감성 검사가 필요했다.초기 방법은 표현적이었고, 문화나 희석도 포함되었다.항생제 주입 스트립인 이테스트는 1980년대부터, 폴리머아제 연쇄반응(PCR) 검사 등 유전적 방법이 2000년대 초반부터 나왔다.현재의 방법을 더 빠르고 더 정확하게 만들어 개선하려는 연구와 더불어 미세유체학 같은 새로운 시험 방법을 개발하는 연구가 진행 중이다.

사용하다

임상 의학에서는 항생제가 사람의 증상과 의료지침에 근거해 처방되는 경우가 가장 많다.이 항생제 선택 방법을 경험적 치료법이라고 하는데,[1] 어떤 세균이 감염을 일으키는지, 어떤 항생제 세균이 민감하거나 내성이 있을 수 있는지에 대한 지식이 바탕이 된다.[1]예를 들어, 간단한 요로 감염은 트리메토프림/술파메트호사졸로 치료될 수 있다.[2]대장균이 원인균일 가능성이 가장 높고, 그 복합 항생제에 민감할 수 있기 때문이다.[2]그러나 박테리아는 여러 종류의 항생제에 내성을 가질 수 있다.[2]이러한 저항은 박테리아의 한 유형이 일부 항생제에 대한 내성을 가지고 있기 때문일 수도 있고,[2] 과거에 항생제에 노출되었던 저항성 때문이거나,[2] 플라스미드와 같은 다른 근원으로부터 내성이 전달될 수도 있기 때문일 수도 있다.[3]항생제 민감도 검사는 어떤 항생제가 더 성공할 가능성이 높은지에 대한 정보를 제공하므로 감염 치료에 사용해야 한다.[1]

항생제 민감도 검사는 검사의 한 형태로 일부 국가에서는 인구 수준에서 실시되기도 한다.[4]이는 항생제에 대한 내성(예: 메티실린 내성 포도상구균)의 배경 비율을 평가하기 위한 것으로, 지침 및 공중 보건 조치에 영향을 미칠 수 있다.[4]

방법들

미생물 배양에 따라 세균이 확인되면 항생제를 선별해 감수성 검사를 한다.[5]감수성 검사 방법은 항생제에 박테리아를 노출시키고 박테리아의 성장에 미치는 영향을 관찰하거나(피노티픽 검사), 특정 유전자 표지를 식별(유전자 검사)하는 것에 기초한다.[6]사용된 방법은 질적 방법일 수 있으며, 즉 결과가 내성이 존재하거나 존재하지 않음을 나타낸다. 또는 박테리아가 민감하게 반응하는 항생제의 농도를 설명하기 위해 최소 억제 농도(MIC)를 사용하는 양적 방법일 수 있다.[6]

항생제 민감도 검사 결과에 영향을 미칠 수 있는 요인은 기계의 고장, 온도, 수분, 항균제의 효력 등 여러 가지가 있다.품질관리(QC) 테스트는 테스트 결과의 정확성을 보장하는 데 도움이 된다.[7]미국유형문화수집과 국립유형문화수집과 같은 단체들은 품질관리에 사용될 수 있는 알려진 저항성 표현형을 가진 박테리아 종을 제공한다.[8]

표현법

Three clear test tubes containing solutions of successively increasing turbidity.
왼쪽에서 오른쪽으로: 0.5, 1, 2 McFarland 표준

항생제에 박테리아를 노출시키는 것에 기반한 테스트는 한천판이나 한천이나 육수에 희석하는 것을 사용한다.[9]항생제의 선택은 성장한 유기체와 현지에서 구할 수 있는 항생제에 따라 달라질 것이다.[5]결과가 정확하도록 하기 위해서는 한천이나 육수에 첨가되는 세균(접종)의 농도를 표준화해야 한다.이것은 맥팔랜드 표준에 따라, 탁도가 일정한 농도의 박테리아를 함유하고 있는 현수액과 동일한 용액인 식염수나 육수에 매달린 박테리아의 탁도를 비교함으로써 달성된다.일단 육안검사나 사진측정에 의해 결정될 수 있는 적절한 농도(대개 0.5 McFarland 표준)[10]에 도달하면, 접종은 배지에 첨가된다.[11][10]

수동

디스크 확산 방법은 세균의 변종을 골라 한판 위에 놓고 항생제 임파제 부근의 세균 성장을 관찰하는 것이다.[12]이것을 키르비바우어법이라고도 하는데,[13] 변형된 방법 또한 사용된다.[14]소변 검체나 양성 혈액 배양 검체를 검사 매체에 직접 도포해 유기체를 격리하는 예비 단계를 우회하는 경우도 있다.[15]항생제가 미생물의 성장을 억제하면 디스크 주위에는 투명한 고리, 즉 억제 영역이 보인다.이 박테리아는 억제 영역의 직경을 MIC와 상관관계가 있는 정의된 임계값과 비교함으로써 항생제에 대한 민감성, 중간 또는 내성으로 분류된다.[14][16]

Bacteria are growing on an agar plate upon which a strip containing varying concentrations of antibiotics has been placed. An elliptical zone without growth is present around areas with higher concentrations of the antibiotic.
다양한 농도 범위에서 항생제가 주입된 플라스틱 스트립을 사용하는 Etest의 예

뮬러-힌튼 아가르는 디스크 확산 테스트에 자주 사용된다.[14]임상 및 실험실 표준 연구소(CLSI)와 유럽 항균 수용성 시험 위원회(EUCAST)는 한지의 종류와 깊이, 배양 온도 및 결과 분석 방법에 대한 표준을 제공한다.[11]디스크 확산은 민감성 검사에 사용되는 방법 중 가장 저렴하고 가장 간단한 것으로 간주되며, 새로 구할 수 있는 항생제나 제형에 쉽게 적응된다.[5]성장이 느리고 까다로워지는 일부 박테리아는 이 방법으로 정확하게 검사할 수 없고,[5] 스트렙토코쿠스 종이나 해모필루스 인플루언서와 같은 다른 박테리아는 검사할 수 있지만 전문화된 성장 매체와 배양 조건을 필요로 한다.[17]

Etest와 같은 그라데이션 방법은 한천 위에 놓인 플라스틱 스트립을 사용한다.[5]서로 다른 농도의 항생제가 주입된 플라스틱 스트립을 배지에 놓고 배양 기간을 거쳐 배지를 본다.[5]최소 억제 농도는 눈물방울 모양의 억제 구역과 스트립의 표시의 교차점에 근거하여 확인할 수 있다.[5]다른 항생제에 대한 여러 스트립을 사용할 수 있다.[5]이러한 유형의 시험은 확산 시험으로 간주된다.[18]

한천과 육수 희석법에서는 항생제 농도가 다른 여러 개의 작은 관에 박테리아를 넣는다.[14]박테리아의 민감성 여부는 일정 기간 배양 후 육안 검사나 자동 광학 방법에 의해 결정된다.[5]육수 희석법은 표현시험의 금본위제로 간주된다.[14]성장을 억제하는 항생제 농도가 가장 낮은 것은 MIC로 간주된다.[5]

자동화된

A small incubator, somewhat resembling a microwave. The door of the instrument is open, revealing a carousel containing four testing panels.
A woman views a computer screen attached to an automated analyzer which is displaying sensitivity results for a series of antibiotics.
왼쪽: 자동화된 항생제 민감도 테스트에 사용되는 기기에 탑재된 사전 성형 항생제 패널.오른쪽: 자동분석기 화면에 표시된 민감도 결과를 검사하는 실험실 직원

예를 들어, 영상화 및 소프트웨어 분석을 사용하여 확산 시험의 억제 영역을 보고하거나 표본을 분사하고 희석 시험 결과를 결정하는 등 수동 프로세스를 복제하는 자동화된 시스템이 존재한다.[14]VITEK 2, BD Phoenix 및 Microscian 시스템과 같은 자동화된 기기는 AST의 가장 일반적인 방법론이다.각 기구의 사양은 다르지만, 기본 원리는 미리 형성된 항생제 패널에 박테리아 정지를 도입하는 것을 포함한다.판넬을 배양하고 항생제에 의한 세균성 성장 억제를 탁도법, 분광법, 형광검출 등의 방법을 사용하여 자동으로 측정한다.[19]전문가 시스템은 MICs와 민감성 결과를 상호 연관시키고,[20] 그 결과는 검증과 보고를 위해 실험실 정보 시스템으로 자동 전송된다.이러한 자동화된 테스트는 수작업 테스트에 비해 노동집약성이 낮고 표준화가 잘 되어 있지 않지만, 특정 유기체나 항생제에 대해서는 정확도가 상대적으로 떨어질 수 있으므로 디스크 확산 테스트는 백업 방법으로 유용하게 남아 있다.[21][22]

유전적 방법

중합효소 연쇄반응(PCR), DNA 마이크로어레이, DNA칩, 루프 매개 등온증폭 등을 통한 유전자 검사를 사용하여 박테리아가 항생제 내성을 부여하는 유전자를 보유하고 있는지 여부를 검출할 수 있다.[9][23]베타 락탐 저항성 포도상구균 아우레우루스(Aureus)에 대한 메카 유전자를 검출하기 위해 PCR을 사용하는 것이 그 예다.[9]다른 예로는 엔토코쿠스 종에서 반코마이신 저항성 유전자 vanA와 vanB를 검사하기 위한 검사 측정과 녹농균, 클렉시엘라 진폐증, 대장균에서의 항생제 내성이 있다.[9]이러한 테스트는 관찰 가능한 방법과 비교하여 직접적이고 신속하다는 장점이 있으며,[9] 탐지할 결과가 있을 때 탐지할 가능성이 높다.[24]그러나 저항 유전자가 검출되는지 여부는 표현방법으로 보이는 저항 프로파일과 항상 일치하는 것은 아니다.[9]이 테스트는 또한 비용이 많이 들고 특별히 훈련된 인력이 필요하다.[25]

중합효소 연쇄반응은 항생제 민감성과 관련된 유전자를 식별하는 방법이다.[26]PCR 과정에서 박테리아의 DNA가 변성되고 이중나선의 두 가닥이 분리된다.찾는 유전자에 특화된 프라이머는 DNA를 포함한 용액에 첨가되고, DNA 중합효소는 필요한 분자(예: 뉴클레오티드와 이온)를 포함한 혼합물과 함께 첨가된다.[25]관련 유전자가 존재한다면 이 과정이 진행될 때마다 대상 유전자의 양이 두 배로 늘어난다.[25]이 과정이 끝난 후, 유전자의 존재는 전기영양증, 남부영양증, 그리고 다른 DNA 염기서열 분석법을 포함한 다양한 방법을 통해 증명된다.[25]

DNA 마이크로레이와 칩은 대상 유전자 또는 핵산 염기서열과 보완 DNA의 결합을 사용한다.[9]이것의 장점은 여러 유전자를 동시에 평가할 수 있다는 것이다.[9]

말디토프

MALDI-TOF MS(Matrix Assisted Laser 탈착 이온화 시간)도 민감성 시험의 또 다른 방법이다.[6]이것은 일종의 비행시간 질량 분광법으로, 박테리아의 분자가 매트릭스 보조 레이저 탈착을 받게 된다.[26]그리고 나서 이온화 입자가 가속되고 스펙트럼 피크가 기록되어 표현 프로파일을 생성하며, 이는 알려진 프로파일과 비교한 후 특정 박테리아 변종을 구별할 수 있다.[26]여기에는 항생제 민감성 시험의 맥락에서 대장균을 생성하는 베타 락타마아제와 같은 균주가 포함된다.[9]MALDI-TOF는 빠르고 자동화되어 있다.[9]그러나 이러한 형식의 시험에는 한계가 있다. 결과는 표현형 시험의 결과와 일치하지 않을 수 있으며,[9] 취득과 유지관리는 비용이 많이 든다.[25]

보고

검사 결과는 표로 보고되며, 항균이라고도 한다.[27]박테리아는 박테리아의 성장을 막는 항생제의 가장 낮은 농도인 최소억제농도(MIC)를 기준으로 항생제에 민감하거나 내성이 있거나 중간 내성이 있는 것으로 표시된다.MIC는 주어진 박테리아와 항생제에 대한 표준 임계값("차단점"이라고 함)과 비교된다.[28]같은 유기체와 항균에 중단점은 생성된 점 감염의 사이트:예를 들어[29]에 따라 달라질 수 있지만, CLSI 보통 연쇄상 구균 pneumoniae은 정맥 주사 페니실린에 민감한 만약 MICs 있≤0.06 μg/ml, 중간 만약 MICs이 현행 0.121μg/ml면 저항 만약 MICs 있≥2 μg/ml지만, 뇌막염의 경우에, 중단점 함께 정의합니다.ec지엽적으로 [30]낮은때로는 항생제가 내성으로 표시되는지 여부도 베타 락타마제 생산 가능성과 같은 알려진 저항 방법과 관련된 박테리아 특성에 기초한다.[28][20]확장-스펙트럼 베타 락타마아제의 존재와 같이 약물 내성 또는 다중 약물 내성의 특정 패턴이 주목할 수 있다.[28]이러한 정보는 경험적 치료법을 인과 박테리아만을 대상으로 하는 맞춤형 치료로 변경할 수 있는 임상의에게 유용할 수 있다.[1][9]

임상실무

See caption.
항생제 내성 검사: 흰 원반이 있는 접시에 박테리아가 줄무늬가 있고, 각각 다른 항생제가 주입되어 있다.왼쪽과 같은 투명한 고리는 박테리아가 자라지 않았음을 보여준다. 즉, 이 박테리아가 내성이 없다는 것을 나타낸다.오른쪽의 박테리아는 7개의 항생제 중 2개를 제외하고는 모두 내성이 있다.[31]

이상적인 항생제 요법은 인과제와 그 항생제 민감도를 결정하는 것에 기초한다.경험적 치료는 종종 실험실 미생물학적 보고서를 이용하기 전에 시작된다.이는 임상 가이드라인(예: 지역사회에서 획득한 폐렴)에 기초한 일반적이거나 비교적 경미한 감염 또는 패혈증이나 세균성 수막염과 같은 심각한 감염에 해당하며, 치료 지연은 상당한 위험을 수반할 수 있다.[1]개별 항생제의 효과는 감염의 해부학적 부위, 감염 부위에 도달하는 항생제의 능력, 항생제에 저항하거나 불활성화하는 박테리아의 능력에 따라 달라진다.[32]

항생제 민감도 검사를 위한 시료는 치료를 시작하기 전에 이상적으로 수집한다.[1]혈류(박테리아혈증)에 세균이 존재할 것으로 의심되는 경우 혈액배양시료, 폐렴시 가래시료, 요로감염시 소변시료 등 감염이 의심되는 장소에서 시료를 채취할 수 있다.때로는 감염의 원인이 명확하지 않을 경우 여러 개의 샘플을 채취할 수 있다.[1]이 샘플들은 배양 배지에 첨가된 미생물학 실험실로 옮겨지며, 그 안에서 또는 배양 배지에 박테리아가 충분히 존재하여 식별 및 민감도 테스트를 수행할 수 있도록 한다.[33][28]

항생제 민감도 검사가 완료되면 샘플에 존재하는 유기체와 어떤 항생제에 취약한지를 보고한다.[28]항생제 민감도 검사는 실험실(체외)에서 실시되지만 이에 대해 제공된 정보는 종종 임상적으로 사람(체내)의 항생제와 관련이 있다.[34]때때로, 일부 박테리아가 감염의 원인인지, 또는 포도상구균 에피더미디스와[35] 기타 기회주의적인 감염과 [28]같은 단순한 균이나 오염물질인지에 대한 결정이 내려져야 한다.다른 고려사항들은 항생제의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 여기에는 감염 부위를 관통해야 하는 필요성(종기 등) 또는 하나 이상의 감염 원인이 샘플에서 검출되지 않았다는 의심이 포함된다.[1]

역사

베타락탐 항생제 페니실린이 발견된 이후 항균 저항 속도가 빨라졌다.[36]시간이 지나면서 항생제에 대한 박테리아의 민감도를 검사하는 방법이 개발되고 바뀌었다.[25]

1920년대에 알렉산더 플레밍은 첫 번째 감수성 시험 방법을 개발했다.그가 개발한 '굿터 방식'은 한가로 만든 거터를 통해 확산된 항생제를 포함하는 확산 방식이었다.[25]1940년대에는 교황, 포스터, 우드러프, 빈센트, 빈센트 등 다수의 조사관이 종이 디스크를 대신 사용했다.[25]이 모든 방법들은 페니실린에 대한 민감성만을 테스트하는 것을 포함한다.[25]연구실 간에 표준화되지 않은 부정확한 결과 때문에 결과를 해석하기 어렵고 신뢰성이 낮았다.[25]

희석법은 1870년대부터 박테리아를 배양하고 식별하는 방법, 그리고 1929년부터 항생제에 대한 박테리아의 민감성을 시험하는 방법 등으로 사용되어 왔으며, 알렉산더 플레밍도 이를 이용하였다.[25]민감도를 판단하는 방법은 용액이 얼마나 탁했는지에서 pH(42년)로, 광학 기기로 바뀌었다.[25]대형 튜브 기반 "매크로딜루션" 시험의 사용은 소형 "마이크로딜루션" 키트로 대체되었다.[5]

1966년 세계보건기구는 Kirby-Bauer 방법을 민감성 테스트의 표준 방법으로 확정했다. 이 방법은 간단하고 비용 효율적이며 여러 항생제를 테스트할 수 있다.[25]

Etest는 1980년 볼스트름과 에릭손에 의해 개발되었으며, 2000년대 MALDI-TOF가 개발되었다.[25]일련의 자동화된 시스템들은 1980년대 이후 개발되어 왔다.[25]PCR은 이용 가능한 최초의 유전자 검사였으며 2001년에 항생제 민감성 검출 방법으로 처음 발표되었다.[25]

추가 연구

진료지점검사는 검사 시간을 앞당기고, 시술자들이 불필요한 항생제를 정밀의학 방식으로 처방하지 않도록 하기 위해 개발되고 있다.[37]전통적인 기법은 보통 12시간에서 48시간 정도 걸리지만, 최대 5일이 걸릴 수 있다.[6][28]이와는 대조적으로 분자 진단을 이용한 신속한 테스트는 "8시간 근무 교대조 내에서 실현 가능하다"로 정의된다.[6]비용과 규제 등 다양한 이유로 진척이 더디다.[38]

현재의 시험방법의 단점에 대해서는 추가적인 연구가 중점적으로 이루어지고 있다.표현 방법 보고에 걸리는 기간뿐만 아니라, 수고가 많고 휴대성이 어렵고 자원 제한적인 환경에서 사용하기 어렵고 교차 오염의 기회가 있다.[25]

2017년 현재 분자 진단 기업 세페이드(Cephheid)가 진엑스퍼트를 통해 메티실린 내성 포도상구균 아우레우스(MRSA), 리팜핀 내성 마이코박테리움 결핵(TB), 반코마이신 내성 장내성(VRE)에 대한 진료지점 내성 진단이 가능했다.[39]

저항 유전자를 가진 검출된 세균의 비율을 결정하는 관점으로 정량적 PCR을 탐구하고 있다.[9]격리된 박테리아의 전체 게놈 염기서열 분석도 진행 중이며, 시간이 지날수록 비용이 감소하고 속도가 증가함에 따라 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 보인다.[9]

추가로 탐구된 방법으로는 소량의 유체와 광학, 전기화학, 자석 등 다양한 시험 방법을 사용하는 미세유체학 등이 있다.[9]그러한 측정은 시험하는 데 많은 액체를 필요로 하지 않으며, 빠르고 휴대성이 좋다.[9]

형광 염료의 사용은 탐구되었다.[9]여기에는 바이오마커를 대상으로 한 라벨링 단백질, 박테리아가 항생제에 내성이 있을 때 발견되는 세포 내에 존재하는 핵산 염기서열 등이 포함된다.[9]박테리아의 격리조치는 제자리에 고정된 후 용해된다.그런 다음 격리된 부분은 형광 염료에 노출되며, 이 염료는 볼 때 발광된다.[9]

표현형 샘플에서 MIC를 보다 신속하게 식별할 수 있는 영상 시스템의 개선이나 박테리아 성장을 밝혀내 변화를 보다 쉽게 가시화할 수 있도록 하는 생물 발광 효소의 사용 등 기존 플랫폼에 대한 개선도 모색되고 있다.[25]

참고 문헌 목록

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