不同微生物检测方法的原理与操作规程

Principles and Methods of Different Microbiological Assay

2020年4月17日Ankur Choudhary (noreply@blogger.com)AI 专业翻译
微生物检测是一种生物测试方法,通过测定产生预期效果所需的化合物剂量来评估该化合物的效力。

微生物测定的概念与用于高等植物或动物测定的方法类似。两者之间的一个主要区别在于实验样本的数量。在进行生物测定时,会监测实验动物的反应,并在分析了一定数量的动物后计算和分析数据,以确定平均活性、标准误差等参数。而在微生物测定中,则使用多种微生物样本来测量这些微生物所产生的平均反应。在生物测定中,剂量与反应之间通常呈线性关系;但在微生物测定中,剂量与反应(在特定范围内)也呈线性关系。

微生物测试是利用细菌、酵母和霉菌等微生物进行的生物检测方法。与在动物身上进行的实验相比,这些测试更为简单。例如,研究发现乳酸菌生长因子与恶性贫血患者的造血因子具有相同的功效。微生物测试被广泛应用于多种药品的标准化过程中,比如那些能够抑制微生物生长的抗生素,以及那些对生命活动至关重要的生长因子(如维生素和氨基酸)。分子检测方法用于测定抗生素(其抑制微生物生长的能力)以及维生素和氨基酸(其促进微生物生长的能力),而化学检测方法则用于测量这些物质的浓度。因此,对抗生素、维生素、氨基酸等物质的微生物评估具有重要意义。

原则;准则

据认为,当某种化合物的浓度较低时,微生物的生长量与该化合物的量成正比。微生物检测通常也遵循这一基本原理,但具体的检测条件和操作方法会有所不同。

将测试物质加入液体或凝胶培养基中,然后将测试微生物接种到该培养基上,并监测其反应(这取决于它们与测试微生物之间的相互作用)。生长情况可以通过计数、光密度、重量或面积来测量(对于营养测定来说结果是阳性的,而对于抗生素测试来说结果是阴性的);生长结果可能是明确的终点,也可能是非此即彼的结果。代谢反应可能导致产物的生成或某种功能的变化。一些可检测的代谢反应包括产酸、二氧化碳的产生、氧气的吸收、硝酸盐的还原、红细胞的溶血、抗发光活性以及孢子的萌发抑制。

1962年,Cancellien和Morpurgo开发了一种用于测定氨基酸、维生素以及嘌呤和嘧啶碱基的方法。那些与正常代谢物相似或具有拮抗作用的物质会限制野生、自养型细菌菌株的生长。通过使用不同剂量的Nutrilite来重新激活细菌的生长,可以确定其中所含的营养成分(Nutrilite含量)。

优点;长处

微生物检测方法具有许多优点,具体如下:
  • 在天然治疗性物质的检测中,这种方法被广泛使用。
  • 没有必要使用大量的仪器和进行大量的采样。
  • 为了准确标准化医药化合物,这种方法被广泛使用。
  • 对于那些通过化学或物理方法都难以检测的化合物,这种技术被广泛使用。
  • 它用于测定化合物的活性以及化合物的浓度。
  • 整个流程都是自动化的,以减少所需的时间。
  • 与生物测定方法相比,这种方法速度更快、操作也更简单。
  • 动物的死亡率已经下降了。

缺点;缺陷;不利因素

以下是微生物检测方法的缺点:
  • 在实验室中,必须保持无菌环境。
  • 使用这种方法非常耗时。
  • 那些既精通业务又受过良好培训的人才非常抢手。
  • 即使培养温度有微小的变化,实验结果也可能出现很大的差异。
  • 为了对某种化合物进行检测,需要使用特定的测试微生物。

微生物检测

  • 已经使用多种微生物进行了广泛的生物测定实验,包括:
  • 尝试测量复杂化学混合物或体液(如氨基酸、维生素和某些抗生素)中各种化合物的浓度。
  • 进行某些诊断。
  • 用于确定化学物质是否具有致突变性或致癌性的测试。
  • 固定化酶被用于监测目的。
  • 检测抗生素的无菌性。
  • 产品的效力和质量是通过微生物检测来确定的。
  • 通过这些测试,可以确定药物在人体和动物体内的药代动力学(即药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程)。
  • 用于管理、控制和监测在抗菌化疗中使用的化疗药物。

抗生素的微生物检测

  • 抗生素的效力是通过将其抑制敏感微生物的能力与参考物质进行比较来确定的。
  • 参比物质是指在检测中已被精确确定为具有活性的物质,其活性是依据相应的国际标准或国际参考制剂来确定的。
  • 检测方法的设计应能够评估用于计算效价的数学模型的适用性。
  • 待研究的制剂及其参比制剂的对数剂量-反应曲线必须平行,即在计算所使用的剂量范围内,这两条曲线应该是线性的。
  • 有效性测试应按照一定的概率进行,通常该概率为 P=0.05。
  • 如果能够证明斜率比模型及其他数学模型的有效性,也可以使用它们。
  • 除非专论中有其他规定,否则效力测定(P=0.95)的置信区间为95%加上105%。

微生物检测方法

盘扩散法

  • 按照以下方法,在培养皿或矩形托盘中接种合适的测试菌株:将培养皿或托盘填充至3至4毫米深,然后加入适量的培养基,并在其中接种3至4毫米深的菌液。
  • 可以使用两层含有营养物质的琼脂培养基,但每次只能接种一层。
  • 在不同浓度的标准品下,应选择合适的接种浓度,以确保其抑菌圈明显且剂量-反应关系符合要求。
  • 建议在使用接种物时,每100毫升培养基中加入1毫升接种物。
  • 当用营养体微生物的悬浮液接种熔融琼脂培养基时,其温度不得超过48-50°C。
  • 应特别选择平底盘或托盘。
  • 该检测方法应通过比较三种不同参考物质的浓度与至少三种测试物质剂量的浓度来进行验证。这些测试物质被认为具有与参考物质溶液相同的活性。
  • 所使用的剂量水平应通过几何方式来确定,例如采用2:1的稀释比例来设定连续的剂量水平。
  • 当系统与参考物质和测试物质的浓度及稀释度呈线性关系时,抗生素的浓度对数与抑菌圈直径之间存在线性关系。
  • 按照专论中的指示,首先制备该物质的初始溶液,然后根据需要用适当的无菌缓冲液进行稀释。
  • 建议将参考文献和测试物质以拉丁方阵的形式排列在矩形托盘上。
  • 培养皿中交替放置参考溶液和测试溶液,确保两种溶液的最高浓度不会相邻。
  • 移液器用于将均匀体积的液体精确地注入圆筒或孔洞中。
  • 为了几乎完全利用已输送的体积,应在有孔可用的情况下使用这些孔。
  • 应保持适宜的培养温度,使温度在整个培养过程中控制在±0.5°C范围内,并持续约16小时。通过适当的测量设备,应精确测量由标准品和测试物质的不同浓度所产生的抑菌圈的直径或面积,最好使其与最终抑菌圈大小的偏差在0.1毫米以内。
  • 测试结果可以提供效力的估计值。

浊度法

  • 为了检测对抗生素的耐药性,需要将一种微生物的悬浮液接种到适当的培养基中;这种微生物的生长会受到所测试抗生素的显著抑制。
  • 使用已知体积的悬浮液,在培养4小时后可以方便地测量其不透明度。
  • 在培养基准备好后立即进行接种。
  • 使用该溶剂进行…… 缓冲溶液 根据指示,配制参考物质溶液和缓冲溶液,以检测抗生素的活性。
  • 在评估检测方法的有效性时,应使用至少三剂参考物质和三剂待评估的抗生素。这些抗生素的活性应假定与参考物质相似。
  • 在几何级数中,分次给药是最佳方式。为了达到所需的线性关系,可能需要从大量连续的剂量中选择参考物质和待检测的抗生素。
  • 每种溶液应取相同体积,再加上9毫升的接种培养基,分别放入相同的试管中。
  • 每9.9毫升接种培养基中应使用0.1毫升的溶液来检测酪丝菌素(Tyrothricin)。
  • 准备两个相同的试管,都不添加抗生素;其中一个试管中加入接种用的培养基,另一个试管中则尽快加入0.5毫升甲醛。
  • 使用这些试管来建立用于测量生长的光学装置。
  • 将所有试管随机排列,或者按照拉丁方阵(Latin Square)或随机区组(Random Block)的布局进行排列。这些装置应配备能够快速将所有试管加热至培养温度的装置。
  • 确保温度均匀,并且孵育时间保持一致,为3-4小时。
  • 使用光学仪器测量培养物在加入0.5毫升甲醛R或经过热处理后停止生长后的不透明度,结果需保留3位有效数字。
  • 请考虑使用一种方法,该方法能够在每个试管中经过完全相同的培养时间后,准确测量其不透明度。
  • 使用适当的统计分析方法来估算效力(或活性)。
  • 无论是经过转化还是未经转化的样品,剂量-反应关系的线性通常只在非常狭窄的范围内成立。
  • 为了进行线性测试,在计算活性时必须使用至少三个连续的剂量。
  • 如果通过三点测定法在足够数量的测试中能够证明系统的线性,那么在主管机构同意的情况下,两点测定法也可能足够使用。
  • 尽管如此,所有争议都必须通过三点评估方法来进行处理。
  • 确保每个剂量对应的检测样本数量足够多,以达到所需的检测精度。
  • 出于统计目的,可以重复进行该检测,并将结果合并,以达到所需的精确度,同时判断该抗生素的效力是否低于最低要求水平。

尿酶测定

  • 通过这种检测方法来测试那些能够抑制蛋白质合成的抗生素。
  • 大环内酯类抗生素如红霉素、阿奇霉素和克拉霉素,以及氨基糖苷类抗生素如链霉素、阿米卡星、卡那霉素、庆大霉素和奈替米星。
  • 奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)能够产生脲酶,这是一种存在于某些微生物中的酶。
  • 培养基中pH值的升高表明存在尿素酶。
  • 抗生素通过抑制蛋白质合成来阻碍体内尿素的生成,因此血液的pH值不会进一步升高。
  • 尿素酶的检测方法是这样的。不过,这种检测方法的应用范围相对较窄。

荧光素酶检测(Luciferase Assay)

  • 产生荧光素酶(luciferase)的微生物会利用自身产生的荧光素(luciferin)进行生物发光反应。
  • 如果 ATP 的含量非常低,使用这种检测方法可以检测到细菌培养的存在。
  • 氨基糖苷类药物能够抑制 ATP 的生成或降低 ATP 的水平。
  • 当抗生素抑制微生物生长时,ATP(三磷酸腺苷)的产生会停止,同时也会出现发光现象(即不再有发光现象)。

放射酶测定法

  • 抗菌素耐药性的检测,尤其是针对氨基糖苷类和氯霉素的耐药性。
  • 耐抗生素的细菌会产生诸如氨基糖苷酰转移酶(aminoglycoside acetyl transferase)或氨基糖苷酰腺苷转移酶(aminoglycoside adenyl transferase)之类的酶,这些酶使它们能够在没有抗生素的情况下继续存活。
  • 在这种情况下,放射性标记剂14C碳同位素(作为[1-14C]乙酰辅酶A的辅因子)被用来检测微生物产生的氨基糖苷类乙酰转移酶(AAC),以及AAD和APH 3H(作为[2-3H] ATP的辅因子)。
  • 当微生物产生 AAC、AAD 或 APH 时,它们的 14C/3H 同位素会变得具有放射性,并导致特定的颜色变化。
  • 可以通过观察颜色变化来推断对氨基糖苷类药物的耐药性。


📌 本文由 AI 翻译自 pharmaguideline.com,仅供内部参考查看英文原文