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質(zhì)譜（mass spectrometry）分析是一種測量離子荷質(zhì)比（電荷-質(zhì)量比）的分析方法，可用來分析同位素成分、有機(jī)物構(gòu)造及元素成分等。質(zhì)譜儀最早的臨床應(yīng)用主要在于檢測一些生物標(biāo)記物以幫助診斷癌癥和遺傳疾病等。20世紀(jì)80年代，基質(zhì)輔助激光解析電離（matrix assisted laser desorption ionization, MALDI）技術(shù)的發(fā)明使得質(zhì)譜能夠檢測生物大分子，該發(fā)明在2002年榮獲諾貝爾獎。此后，以MALDI技術(shù)為基礎(chǔ)的飛行時間質(zhì)譜（matrix assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）在臨床得到了更廣泛的應(yīng)用，尤其是對微生物標(biāo)本的快速鑒定。

一、質(zhì)譜鑒定微生物的原理

在應(yīng)用MALDI-TOF MS時，通常將微生物樣本與一種飽和的低分子量無機(jī)化合物溶液（稱為基質(zhì)）進(jìn)行混合加在靶板上，待干后樣本與基質(zhì)共結(jié)晶后形成了以基質(zhì)包裹構(gòu)架的樣本固體沉淀。樣本基質(zhì)結(jié)晶體經(jīng)激光輻射，基質(zhì)從激光中吸收能量使樣品吸附，基質(zhì)與樣品之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移使得樣品分子電離，離子在加速電場下獲得相同的動能，經(jīng)高壓加速、聚焦后進(jìn)入飛行時間檢測器。根據(jù)離子飛行時間的不同進(jìn)行分析得出離子質(zhì)荷比（m/z）和離子峰值，形成質(zhì)量圖譜。不同的微生物由于蛋白分子組成有差異而形成具有特異性的圖譜，通過軟件對數(shù)據(jù)庫的比對進(jìn)行微生物種或菌株的區(qū)分和鑒定。

質(zhì)譜鑒定方法十分迅速，可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成微生物鑒定，有研究顯示MALDI-TOF MS與傳統(tǒng)方法比較降低了實驗室成本和出報告的時間，與傳統(tǒng)方法所需的數(shù)小時相比是一個質(zhì)的飛躍。此外，質(zhì)譜操作簡便，通量高，可以同時鑒定多個樣本。通常質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫是作為儀器的組成部分，由各自公司開發(fā)和維護(hù)，這一點有別于公共開放數(shù)據(jù)庫。質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)庫的可擴(kuò)展性對于進(jìn)一步的鑒定分析非常重要，尤其是菌種間的區(qū)分和流行病學(xué)研究等。由于不同的平臺都是在各自的系統(tǒng)中建立自身的數(shù)據(jù)庫并且發(fā)展自身的軟件、算法和評分標(biāo)準(zhǔn)，因此不同的質(zhì)譜系統(tǒng)給出的數(shù)字信息不具備可比性。不同的質(zhì)譜系統(tǒng)的比較要通過對微生物鑒定最終結(jié)果的準(zhǔn)確程度來實現(xiàn)。

二、臨床常用的質(zhì)譜儀

目前臨床常用的用于微生物鑒定的質(zhì)譜儀包括法國生物梅里埃的Vitek-MS和德國布魯克公司的Biotyper。Vitek-MS最初來自日本島津公司推出的一款質(zhì)譜儀Axima，其微生物數(shù)據(jù)SARAMIS由德國Anagnos Tec公司開發(fā)。Biotyper系統(tǒng)是布魯克公司獨立研發(fā)的產(chǎn)品。兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫都是開放平臺，支持使用者添加和擴(kuò)大數(shù)據(jù)。

MALDI-TOF MS是十分準(zhǔn)確的細(xì)菌鑒定方法，培養(yǎng)的條件如培養(yǎng)基或者pH值的變化對檢測結(jié)果的影響很小，所以實驗室間可比性也很好。在已發(fā)表的大多數(shù)研究中，質(zhì)譜分析出現(xiàn)錯誤報告的幾種原因為，數(shù)據(jù)庫自身不完整、數(shù)據(jù)比對或者采集時發(fā)生錯誤、質(zhì)譜分辨率無法區(qū)分的相似菌種等。

三、質(zhì)譜技術(shù)在臨床感染診斷中的應(yīng)用

 1. 臨床常見細(xì)菌的鑒定：2009年Seng等用1660株細(xì)菌對MALDI-TOF MS常規(guī)鑒定細(xì)菌進(jìn)行前瞻性研究，結(jié)果顯示MALDI-TOF MS是一種經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確的常規(guī)細(xì)菌鑒定方法，未來有可能取代傳統(tǒng)的革蘭染色和生化方法。此后，MALDI-TOF MS在臨床應(yīng)用迅速增加。Medline數(shù)據(jù)庫用"MALDI tof bacteria identification"作為MeSH檢索詞，從2009至2013年1月發(fā)表相關(guān)文章467篇，其中2011至2013年發(fā)表323篇。由此可見MALDI-TOF MS近幾年在臨床微生物檢驗中備受關(guān)注。

另外，MALDI-TOF MS對彎曲菌、螺桿菌、軍團(tuán)菌等苛氧菌、少見菌等的鑒定，解決了微生物實驗室對這類病原菌的鑒定、臨床對其感染的診斷和治療、流行病學(xué)資料缺失等的瓶頸問題。

2. 樣本直接檢測：應(yīng)用MALDI-TOF MS直接鑒定陽性血培養(yǎng)標(biāo)本中的細(xì)菌和真菌可以極大地提高檢測速度。大量的研究嘗試用不同的方法來處理血標(biāo)本，由于血培養(yǎng)基各異、數(shù)據(jù)庫和分析軟件等差異都對樣本前處理的方法標(biāo)準(zhǔn)化造成了一定的困難。布魯克公司研發(fā)了血培養(yǎng)標(biāo)本的前處理試劑盒，用于陽性血培養(yǎng)標(biāo)本直接質(zhì)譜鑒定的前處理。研究顯示革蘭陰性菌的準(zhǔn)確率優(yōu)于革蘭陽性菌，而對厭氧菌、α-溶血性鏈球菌和多個細(xì)菌混合樣本的鑒定存在困難。新的富集技術(shù)的應(yīng)用（比如附加特異性抗體親和特定蛋白）以及相應(yīng)分析軟件的改進(jìn)，將使MALDI-TOF MS直接用于血液病原菌的檢驗成為可能，即MALDI-TOF MS作為一種快速、使用簡便，低成本消耗的檢測技術(shù)，有望取代傳統(tǒng)血培養(yǎng)檢測技術(shù)，為血培養(yǎng)中病原菌的快速診斷提供有力支持。此外，臨床的尿液和腦脊液標(biāo)本也可以經(jīng)一定處理后，用質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行蛋白譜的分析用于疾病的輔助診斷。

3. 真菌鑒定：有學(xué)者應(yīng)用MALDI-TOF MS對327株菌（其中19株為酵母菌）在種的水平上鑒定正確率為61株為酵母菌）的鑒定正確率為92%。

4. 非結(jié)核分枝桿菌鑒定：國外學(xué)者對107株分枝桿菌臨床分離株（包括結(jié)核分枝桿菌復(fù)體），利用聲波降解的熱失活方法和利用玻璃珠進(jìn)行細(xì)胞裂解的方法進(jìn)行失活和提取，再利用MALDI-TOF MS方法進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)兩種方法在種/屬水平上成功鑒定率分別為82.2%和88.8%。周昭彥等采用MALDI-TOF MS對83株非結(jié)核分枝桿菌（臨床分離非結(jié)核分枝桿菌15株和醫(yī)院供水系統(tǒng)環(huán)境分離非結(jié)核分枝桿菌68株）進(jìn)行快速鑒定方法及其可行性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性進(jìn)行研究，并得出結(jié)論認(rèn)為MALDI-TOF MS可快速準(zhǔn)確地鑒定臨床和環(huán)境分離的非結(jié)核分枝桿菌，在臨床實驗室常規(guī)鑒定方面有著較好的應(yīng)用前景。

5. 質(zhì)譜技術(shù)檢測病原菌耐藥性：除快速鑒定外，質(zhì)譜技術(shù)也被嘗試用于檢測一些臨床常見的耐藥基因，例如耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌、萬古霉素耐藥的腸球菌等的識別，鮑曼不動桿菌相關(guān)的耐藥機(jī)制與產(chǎn)生條件等，為控制耐藥菌株播散流行及治療提供新的策略。

質(zhì)譜技術(shù)為臨床微生物實驗室提供了快速而準(zhǔn)確鑒定細(xì)菌、分枝桿菌、真菌等的方法，其中臨床標(biāo)本的直接鑒定成為未來研究的方向。將MALDI-TOF MS與全自動藥敏檢測儀相連，整合到實驗室自動化流水線后，可以提高檢測速度，縮短患者住院時間，提高療效，降低醫(yī)院和患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。另外MALDI-TOF MS與其他分子生物學(xué)檢測技術(shù)聯(lián)合，可以對臨床產(chǎn)酶菌株的檢測方法、基因分型及測序、蛋白質(zhì)組學(xué)方面開展更加深入的研究。MALDI-TOF MS有望成為臨床實驗室微生物鑒定分型等領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。