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Studie Vitek: comparison of methods for the identification of microogranisms isolated from blood cultures

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https://drive.google.com/file/d/1k7TpZdK6BfqxH7Q_y_sf0eCkCndDtT2q/view?usp=share_link

Literatur:

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.

Müller-Esterl, W., 2018. Biochemie: Eine Einführung für Mediziner und Naturwissenschaftler - Unter Mitarbeit von Ulrich Brandt, Oliver Anderka, Stefan Kerscher, Stefan Kieß und Katrin Ridinger. Frankfurt:Springer Spektrum.

Videos:

Animated biology With arpan (2022) MALDI-TOF MS | What are the applications of MALDI-TOF? | Mass spectrometry. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=DJERNWh2xcU.

ARCC Chem (2016) Sample Preparation for MALDI-TOF Mass Spectrometry. Verfügbar unter:  https://www.youtube.com/watch?v=-PlrQVxtVE0.

Bruker Daltonics (2018) MALDI TOF Process. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=0jeFpXHZ8W0.

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https://drive.google.com/file/d/1fMBbz_iUFUo8Jon7QPDwq_NHIUbzgyJj/view?usp=share_link

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Animated biology With arpan (2022) MALDI-TOF MS | What are the applications of MALDI-TOF? | Mass spectrometry. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=DJERNWh2xcU.

ARCC Chem (2016) Sample Preparation for MALDI-TOF Mass Spectrometry. Verfügbar unter:  https://www.youtube.com/watch?v=-PlrQVxtVE0.

bioMérieux TV (2018) VITEK® 2 Compact - System principle. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=4leZJxgWyks.

Bruker Daltonics (2018) MALDI TOF Process. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=0jeFpXHZ8W0.

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Chivte, P. u. a. (2021) „MALDI-ToF protein profiling as a potential rapid diagnostic platform for COVID-19“, Journal of mass spectrometry and advances in the clinical lab, 21, S. 31–41. Verfügbar unter:  https://doi.org/10.1016/j.jmsacl.2021.09.001.

Geurtz, Lea 10. November 2010. Speziesverteilung und Resistenzepidemiologie von Candida Spezies aus einer multizentrischen Blutkulturstudie – Evaluierung eines semiautomatisierten Verfahrens (VITEK 2) zur Resistenztestung. Abrufbar unter: https://repository.publisso.de/resource/frl:3993547-1/data.

Monteiro, A. C. M. u. a. (2016). Comparison of methods for the identification of microorganisms isolated from blood cultures. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 15(1). https://doi.org/10.1186/s12941-016-0158-9.

Müller-Esterl, W., 2018. Biochemie: Eine Einführung für Mediziner und Naturwissenschaftler - Unter Mitarbeit von Ulrich Brandt, Oliver Anderka, Stefan Kerscher, Stefan Kieß und Katrin Ridinger. Frankfurt:Springer Spektrum.

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.

Robert Koch-Institut, 13.08.2018. Methodische Fortentwicklung. Berlin. Verfügbar unter: https://www.rki.de/DE/Content/Forsch/Forschungsagenda/Forschungsagenda_Kapitel_3.pdf?__blob=publicationFile.

Robert Koch-Institut, 19.05.2016. Staphylokokken-Erkrankungen, insbesondere Infektionen durch MRSA. Berlin. Abrufbar unter: https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Staphylokokken_MRSA.html.

RKI , 2021. Coronavirus SARS-CoV-2 - Epidemiologischer Steckbrief zu SARS-CoV-2 und COVID-19. Verfügbar unter: https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Steckbrief.html.

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Studie- MALDI-ToF protein profiling as a potential rapid diagnostic platform for

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Steckbrief Coronaviridae

Untertypen

SARS-CoV-2

SARS-CoV

Größe

120 – 160 nm

Aussehen

Kugelförmig abstehende Rezeptoren

Pathogenität

Obligat pathogen

Sauerstoffverhalten

Aerob

Temperaturverhalten

4-20 Grad Celsius

pH-Wertverhalten

6,5 – 8,5

Vorkommen

Lungen- und Schleimhautzellen der Atemwege

Übertragung

Tröpfcheninfektion

Kontaktinfektion

Inkubationszeit

1-14 Tage

Literatur:

RKI , 2021. Coronavirus SARS-CoV-2 - Epidemiologischer Steckbrief zu SARS-CoV-2 und COVID-19. Verfügbar unter: https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Steckbrief.html.

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Quelle: Müller-Estler, 2018, S.100

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Quelle: Müller-Estler, 2018, S.100

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Auch das Robert Koch-Institut (RKI) beschäftigt sich mit den wechselnden Bedingungen in den Gesundheits- und Krankheitsbereichen (Robert Koch-Institut, 2018). Gründe dafür sind zum Beispiel die Globalisierung, der Klimawandel und viele weitere Faktoren. Für das RKI bedeutet dies, dass die Methoden und Strategien der Gesundheitsförderung und des Schutzes und der Erforschung stetig angepasst, überprüft und neuentwickelt werden müssen. Das Wachstum der technischen Möglichkeiten bringt Herausforderungen in verschiedenen Aspekten mit sich. Um die Problematiken zu lösen, hat es folgende Pläne:

Das RKI verbessert sein Forschungsdatenmanagement, um die Ziele der Digitalen Epidemiologie und der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur zu erreichen. Dazu gehören die Erfassung, Strukturierung und Beschreibung von Datenbeständen sowie die Offenlegung von Informationen und Daten zur Sicherung der wissenschaftlichen Integrität. Das RKI wird disziplinspezifisches Know-how entwickeln, um eine effiziente Verwaltung von großen Datenmengen zu ermöglichen.

Es beschäftigt sich auch mit semantischen Technologien und der Computerlinguistik, um eine standardisierte Darstellung und den Austausch von Daten innerhalb verschiedener Wissensgebiete zu ermöglichen. Das Ziel ist eine automatisierte Verarbeitung und Bereitstellung von Daten sowie die Möglichkeit, Wissensanfragen in natürlicher Sprache zu stellen. Natural Language Processing wird eingesetzt, um die Verbindung zwischen Sprache und Daten herzustellen und die Bedürfnisse der Forscher am RKI zu erfüllen (ebd.).

Das Institut nutzt digitale Technologien in der Epidemiologie, um große Datenmengen auszuwerten und Krankheitstrends zu beurteilen. Dabei legt es Wert auf Datenschutz und ethische Standards. Est entwickelt das Deutsche Elektronische Meldesystem für den Infektionsschutz (DEMIS) und verwendet mobile Endgeräte, Wearable Sensoren und High-Performance Computing. Mit maschinellen Lernverfahren und Netzwerkanalyse analysiert das RKI automatisiert epidemiologische und molekularbiologische Datensätze und erforscht die Anwendungsmöglichkeiten von räumlichen Daten. Mathematische Modelle unterstützen die Entwicklung von Interventionsstrategien (ebd.).

Das RKI plant, partizipative Forschung und innovative methodische Ansätze wie Multi-Frame-Stichproben und die Nutzung von Userdaten aus Sozialen-Medien-Datenbanken einzusetzen, um spezifische Zielgruppen gezielter zu erreichen und tiefere Auswertungen durchzuführen. Eine Grippe-Web-App soll ein bestehendes Surveillance-System zu akuten Atemwegserkrankungen weiterentwickeln. (ebd.)

Passende Verfahren um seine Aufgaben zu identifizieren und qualifizieren muss das RKI finden. Dabei sollen Antikörper-Technologien und molekulardiagnostische Nachweisverfahren, Schnelltests und Vor-Ort-Detektionsverfahren sowie Modellsysteme für Pathogenitätsmechanismen und Diagnostik weiterentwickelt werden. Das Potenzial von Stammzellen soll für die Infektionsforschung genutzt werden und Tiermodelle ersetzt werden (ebd.).

Das RKI vermittelt außerdem Wissen und Erfahrung im Bereich Public Health und Infektionsforschung, um gut ausgebildete Fachkräfte auszubilden, die Gesundheitsprobleme identifizieren und Präventionsmaßnahmen implementieren und evaluieren können. Es bietet nachhaltige Aus- und Weiterbildung in den Bereichen Infektiologie und Infektionsepidemiologie an und legt dabei Wert auf Chancengleichheit und Diversität. Das RKI arbeitet auch mit Einrichtungen für internationale Fortbildungsmaßnahmen und Kapazitätsentwicklung zusammen und unterstützt die Entwicklung des wissenschaftlichen Nachwuchses, um Public-Health-relevante Forschungsfragen zu bearbeiten (ebd.).

Literatur:

Robert Koch-Institut, 13.08.2018. Methodische Fortentwicklung. Berlin. Verfügbar unter: https://www.rki.de/DE/Content/Forsch/Forschungsagenda/Forschungsagenda_Kapitel_3.pdf?__blob=publicationFile.

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https://drive.google.com/file/d/1B4RjLXET9mdjTpmxVcgGp6XUE3dsPgUE/view?usp=share_link

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Erklärvideo zur Funktion:
https://drive.google.com/file/d/1T4a57LwtOcKNHfOEpXujxuvzNuKrQYbo/view?usp=sharing

Literatur:

Geurtz, Lea 10. November 2010. Speziesverteilung und Resistenzepidemiologie von Candida Spezies aus einer multizentrischen Blutkulturstudie – Evaluierung eines semiautomatisierten Verfahrens (VITEK 2) zur Resistenztestung. Abrufbar unter: https://repository.publisso.de/resource/frl:3993547-1/data.

Video:

bioMérieux TV (2018) VITEK® 2 Compact - System principle. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=4leZJxgWyks.

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Steckbrief Staphylococcus aureus

Klasse:

Staphylokokken der grampositiven katalasepositiven Kokken

Aussehen:

Paare, kurze Ketten oder unregelmäßige Anhäufungen

Nicht beweglich, nicht sporenbildend

Vorkommen:

Haut

Schleimhaut des Oropharynx bei Menschen und Tieren

Pathogenität:

Fakultativ pathogen

Sauerstoffverhalten:

Meist fakultativ anaerob

Temperaturverhalten:

am besten bei 30-37°C

pH-Wert-Verhalten:

weite pH-Toleranz

Besonderheiten:

Unter verschiedenen Umweltbedingungen wachsend

Unempfindlich

Bedeutung:

MRSA (Mehticillin-resistenter Staphylococcus aureus)

gegen Antibiotikum Methicillin und andere Antibiotika resistent

Nosokomiale Infektionen

Literatur:

Robert Koch-Institut, 19.05.2016. Staphylokokken-Erkrankungen, insbesondere Infektionen durch MRSA. Berlin. Abrufbar unter: https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Staphylokokken_MRSA.html.

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Etwas für die Ohren.

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1) phänotypische Verfahren

Phagentypisierung

Serotypisierung

2) genotypische Verfahren

DNA-Restriktionsprofile

PCR-/DNA-sequenzbasierte Methoden

Literatur:

Monteiro, A. C. M. u. a. (2016). Comparison of methods for the identification of microorganisms isolated from blood cultures. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 15(1). https://doi.org/10.1186/s12941-016-0158-9.

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Um die Zusammensetzung von Biomolekülen zu analysieren, ist die MALDI-TOF-MS (Matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry) geeignet (Mikrobiologische Diagnostik, S. 166). Auf Deutsch bedeutet es "matrixunterstützte Laserdesorption/Ionisierung-Flugzeit-Massenspektrometrie" (ebd.). Sie findet in der Biochemie und molekularen Biologie Verwendung (Müller-Esterl, 2018, S. 99). Durch diese Methode können Informationen über die Masse, Struktur und Sequenz von Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren und Lipiden ermittelt werden. Sie ist also für die Identifizierung von Mikro- sowie Makromolekülen geeignet (ebd.).
Die MALDI-Technik ist eine Kombination von matrixassistierter Laserdesorption und einer Massenspektrometrie (MS) (vgl. Müller-Esterl, 2018). Bevor die Analyse starten kann, müssen einige Vorbereitungen getroffen werden: Eine Probe des zu analysierenden Biomoleküls muss vorkultiviert und auf der Trägerplatte, auch MALDI-Probenplatte genannt, aufgetragen werden (Mikrobiologische Diagnostik). Eine stecknadelkopfgroße Menge einer der Einzelkolonien (105 – 106 Erreger/Probe) genügt. Mit einer Matrixsubstanz (ca. 1 µl) wird diese Probe anschließend auf die Platte pipettiert und mit der Probe vermischt. Oftmals wird Benzoesäurederivat oder 2,5-Dihydroxybenzoesäure (DHB) verwendet. Die Matrixsubstanz dient dabei als Energieabsorber für den Laserstrahl und als Hilfsmittel zur Bildung der Ionen. Das Gemisch der beiden Lösungen auf der Trägerplatte kokristallisiert nun (ebd.).
Ist die Matrix auskristallisiert, folgt der darauffolgende Schritt, der Ionenquellung genannt wird (vgl. Müller-Esterl, 2018). Nun wird die Trägerplatte in ein entsprechendes MALDI-TOF-Gerät eingesetzt (Mikrobiologische Diagnostik). Dann muss die Probe mit einem Laserstrahl in einem Hochvakuum beschossen werden. Dadurch kommt es zu einer Explosion und einer damit verbundenen Verdampfung der Matrix. Die zu identifizierenden Biomoleküle werden dabei mitgezogen und ionisiert. Dabei entstehen Ionen (ebd.).
Die tatsächliche Bestimmung der Masse der Teilchen geht in dem Flugzeit-Massenspektrometer vonstatt. Die Ionen werden durch ein elektrisches Feld in das Massenspektrometer geleitet. Das elektrische Feld sorgt durch die Elektrode für eine jeweils individuelle Beschleunigung der Ionen, abhängig von ihrem Ladung/Masse-Verhältnis (m/z). Innerhalb des Spektrometers existiert eine feldfreie Strecke, die zusammen mit den unterschiedlichen Geschwindigkeiten für eine Sortierung nach der Masse der Ionen sorgt. Ein Detektor, am Ende des Flugzeitspektrometers, fängt die Ionen auf, misst die Anzahl der eingetroffenen Ionen und bestimmt die relative Abundanz dieser. Elektronisch kann mittels einer Software ein Diagramm der ermittelten Werte (der relativen Signalintensität (Y-Achse) und des Massen/Ladung-Verhältnisses (X-Achse)) dargestellt werden (vgl. Abbildung 2). In Abbildung 1 ist das Prinzip der MALDI-Tof Massenspektrometrie dargestellt. Durch einen Vergleich mit Referenzmolekülen bereits identifizierter Masse ist es möglich, aus der Flugzeit die Masse des untersuchten Biomoleküls zu bestimmen.

Literatur:

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.

Müller-Esterl, W., 2018. Biochemie: Eine Einführung für Mediziner und Naturwissenschaftler - Unter Mitarbeit von Ulrich Brandt, Oliver Anderka, Stefan Kerscher, Stefan Kieß und Katrin Ridinger. Frankfurt:Springer Spektrum.

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Etwas für die Augen.

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Herzlich Willkommen!

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Das erste System der zweiten Automatengeneration in der Mikrobiologie ist das Vitek 2-System und wurde 2000 in den Markt eingeführt (vgl. Kähler und Kunert 2009, S. 14). Dies ist eine Weiterentwicklung des Vitek classic-Systems. Das Vitek 2 compact-System ist eine kleinere Version für mittlere und kleine Labore und kam 2005 auf den Markt. In diesen Systemen werden die Proben nach der Herstellung eines Inokulums nach Mc-Farland-Standard 0,5-0,6 in nur 2,5 ml einer 0,45%igen NaCl-Lösung unterschiedlich bearbeitet. Nachdem die Proben vollautomatisch verdünnt, befüllt und versiegelt wurden, werden diese bebrütet und anschließend alle 15 min abgelesen. Die entnommenen Rohdaten der Trübungs- und colorimetrischen Messungen werden zunächst analysiert. Danach werden die Rohdaten mit der vorhandenen Wachstumskontrolle der Karte verglichen, damit schnellstmöglich das Resultat fertiggestellt und verwendet werden kann. Die Vitek 2-Karten sind ebenfalls im Scheckkartenformat und besitzen 64 Vertiefungen, welche unterschiedlich befüllt werden. Entweder werden sie für die Identifizierung von Mikroorganismen mit biochemischen Substraten oder für die Empfindlichkeitsprüfung mit Antibiotika und dem dazugehörigen Kulturmedium in Verdünnungsreihen befüllt. Wichtig ist, dass die Identifizierung und die Empfindlichkeitsprüfung immer an getrennten Karten durchgeführt wird. Für die Empfindlichkeitsprüfung von Keimen, die mit schnellen Methoden zu identifizieren sind, kann die Keimidentifizierung über Barcodes an das System während des Ansatzes der Karten gegeben werden. Die Barcodes, die auf den Karten vorhanden sind, werden an den Samrt-Carrier-Stationen mit den Probennummern verbunden. In den Karten sind Informationen zur Art und Zusammensetzung erhalten, ebenso wie das Verfallsdatum und eine einmalige Nummer. Die einmalige Nummer ermöglicht eine eindeutige Zuordnung zu den entsprechenden Probennummern. Die Karten werden nach Inkubation und Beendigung der Analysen automatisch aus dem System ausgeladen. Dadurch sind die Inkubationsplätze für die kontinuierliche Beladung mit neuen Karten frei. In modularer Bauweise stehen die Vitek 2- und Vitek 2-compact-Systeme von 30-360 Inkubationsplätzen zur Verfügung. Das Advanced Expert System prüft die Plausibilität der analysierten Daten aus eingegebener oder im System durchgeführter Identifizierung und Empfindlichkeitsprüfung. Anschließend werden diese für technische oder medizinische Validierungen freigegeben (ebd.).

Literatur:

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.

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Das Vitek-classic-System fand bereits Ende der 70iger Jahre in mikrobiologische Labore seinen Gebrauch (vgl. Kähler und Kunert 2009, S. 14). Durch den modularen Aufbau ist das Vitek-classic-System an alle Laborgrößen anpassbar. Da dieses System ursprünglich für die NASA entwickelt wurde, wurden die Vitek-Karten für das All scheckkartenförmig konzipiert. Diese Karten werden in Vakuumkammern mit einer Keimsuspension befüllt und enthalten biochemische Substrate, welche Bakterien oder Antibiotika identifizieren können. Die Identifizierung erfolgt in verschiedenen Verdünnungsstufen und bestimmt die minimale Hemmkonzentration (MHK). Die Füll-Versieglungsstation und die 1-4 Ablesegeräte inkubieren die Karten und lesen diese stündlich ab. Ein angeschlossenes Computersystem analysiert die gemessenen Rohwerte, damit die Resultate so schnell wie möglich für den Befund zur Verfügung stehen (ebd.).

Literatur:

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.

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Vitek ist eine automatisierte Methode zur Identifizierung von Mikroorganismen und hat unterschiedliche Systeme (vgl. Kähler und Kunert 2009, S. 14).

Literatur:

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.

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Halli Hallo,
heute wirst du großartige Sachen über automatisierte Messverfahren von Mikroorganismen lernen. Wir, Fine und Emma, können uns vorstellen wie deine Freude im Gesicht geschrieben steht. Hier ein kleiner Leitfaden: Das Padlet besteht aus 3 Schritten, die zu bewältigen sind. Wir bitten dich diese nacheinander abzuarbeiten.
Wir wollen dich nicht länger auf die Folter spannen und wünschen dir viel Spaß. Let´s fetz! 🕺

Der Ursprung automatisierter Identifizierungsmethoden von Mikroorganismen liegt in den Mikromethoden, die bereits 1918 entstanden sind (vgl. Kähler und Kunert 2009, S. 13). Da das Interesse an miniaturisierten Identifizierungssystemen groß war, wurden schon Ende der 60iger Jahre kommerzielle Systeme entwickelt. Dabei basieren die kommerziellen Systeme auf mehrere Technologien. Eine Möglichkeit Mikroorganismen zu identifizieren ist die pH-Änderung basierend auf der Verwertung von Substraten, z.B. Fermentationen oder Alkalisationen. Enzymatische Reaktionen können Mikroorganismen ebenfalls identifizieren. Dabei werden chromogene oder flourogene Substrate freigesetzt. Weitere Technologie sind die Verwendung (Assimilation) von Kohlenstoffquellen, der visuelle Nachweis von Bakterienwachstum und der Nachweis von flüchtigen oder nichtflüchtigen Fettsäuren durch Gaschromatographie (ebd.).

Literatur:

Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W. & Kimmig, P., 2009. Mikrobiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Thieme.