“嗜血”的质谱——关于流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的鉴定问题

　　卫生部临检中心组织的2018年第一次临床微生物室间质评已经结束，但关于流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的鉴定问题，在微信朋友圈里谈得正热烈 (见文《溶血 or 流感?傻傻分不清?》)[1]。主要是因为在这次质评中，生化鉴定仪和有些品牌的质谱仪的鉴定结果出错了。令小布自豪的是，布鲁克MALDI Biotyper质谱的鉴定结果与标准答案完全相符!所以小布在这里来一段点评。

　　流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌虽然同属，但属于两个不同的种，致病性和临床意义也大不相同，前者是上呼吸道感染的常见致病菌，而后者是上呼吸道的正常定植菌。小布认为要认真、仔细地把它们区分开，千万不要混淆!

　　可是这两种菌的亲缘关系很近，用传统的形态学和生化方法难以区分。虽然产荚膜的流感嗜血杆菌可以通过荚膜肿胀实验区别于溶血嗜血杆菌，但有些流感嗜血杆菌是不产荚膜的，通常被认为是无法分型的。同样，虽然有的溶血嗜血杆菌能够通过卫星试验观察到溶血环，但不是所有的溶血嗜血杆菌都能观察到明显的溶血环。

　　难道就没有好办法了吗?当然不是!

　　质谱是区分流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的好方法

　　早在2013年中国CDC的研究人员就通过质谱图的聚类分析，发现质谱可以把流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌清楚地分成两类，甚至可以把不同地区来源的菌株进一步细分(见图1)[2]。

　　▲图1. 流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的聚类分析树状图(MALDI Biotyper结果)

　　2014年荷兰公共卫生区域实验室、荷兰医学中心与布鲁克微生物研发中心共同发表了MALDI Biotyper能够正确鉴定流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的文章 [2]，专家们通过分析不同来源的277个菌株，发现质谱法与测序法鉴定流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的结果几乎完全一致(见表1)。

　　▼表1.流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌的MALDI Biotyper质谱法与测序法鉴定结果比较

　　另外，布鲁克公司在美国FDA注册进行临床试验的结果显示：通过对74个流感嗜血杆菌和31个溶血嗜血杆菌的检测MALDI Biotyper质谱法鉴定100%正确!(结果摘自布鲁克公司提交美国FDA的报告)

　　可见，质谱是区分流感嗜血杆菌和溶血嗜血杆菌可以信赖的方法!有些老师不免心生疑问：既然布鲁克质谱的鉴定结果都是正确的，那为什么其它品牌的质谱鉴定错了呢?

　　质谱法的数据库和鉴定结果的算法非常重要

　　原来呀，质谱鉴定微生物时，需要通过软件拿采集到的样品“蛋白指纹图”到数据库里进行逐个比对，因此，数据库建立与比对时所采用的理念与算法，以及数据库的容量，是影响鉴定结果非常重要的因素。

　　布鲁克MALDI Biotyper的建库理念是以菌株为单位，数据库中每个条目都是一个独立的菌株。它的比对算法是采用指纹识别中的“模式识别”算法，就是把样品的“蛋白指纹图”与数据库中所有菌株的“蛋白指纹图”快速自动地进行逐个图逐个峰的比较，看看每对比对的“蛋白指纹图”之间有哪些峰是匹配的，哪些峰是不匹配的，以及匹配的谱峰之间相对强度的相关性，从而得到一个综合的匹配分数，并根据分数值告诉我们鉴定的可信程度。

　　MALDI Biotyper的算法看上去通俗、简单，正可谓“大道至简”吧，不仅非常实用!而且最大程度上避免了误判!就像警察通过指纹比对来识别罪犯一样，只要数据库里有罪犯的指纹，它就能正确地识别出罪犯;即使数据库里没有罪犯的指纹，它也不会找错，只是告诉我们当前数据库里没有匹配的指纹，只要扩大搜索数据库的范围，定会让罪犯无以循形，不会造成冤假错案!

　　有些老师可能会问：我们是做菌种鉴定，MALDI Biotyper的数据库为什么不以菌种为单位，而是以菌株为单位建立的呢?难道它能鉴定到菌株吗?

　　大家知道，微生物种类繁多，每种微生物又包含丰富多样的不同菌株，而同一菌种内不同菌株之间的差异是天然存在的，并和微生物的种类有关，有的种内差异大，有的种内差异小。所以，布鲁克决定在菌株水平上建库，并在选择每个菌种的建库菌株时，尽可能包含差异大的菌株，而剔除差异小的菌株。MALDI Biotyper在菌株水平建库，具有以下优势：

　　给代表性菌株预留了充分的覆盖范围

　　避免了数据库不必要的冗余

　　容易实现数据库的扩充和更新

　　能快速适应分类学的改变

　　充分发挥了质谱技术分辨能力远远高于传统方法(如生化方法)的特点，不丢失种水平之内菌株之间的差异。

　　正是由于上述优势，美国CDC、加拿大国家微生物实验室和美国NIH等多家机构也在采用布鲁克的仪器和理念建立数据库并对外开放。

　　通过以上对布鲁克MALDI Biotyper质谱的数据库与软件算法的简单介绍，相信各位老师就能理解为什么这次卫生部的质评中，布鲁克质谱的鉴定结果是正确的，也就很好理解为什么美国FDA批准Bruker MALDI Biotyper CA系统作为首个鉴定新型致病菌耳念珠菌(C. auris) 的新方法了[4-6]。

　　参考文献

　　1. 溶血 or 流感?傻傻分不清?

　　2. B. Q. Zhu, D Xiao et al. MALDI-TOF MS Distinctly Differentiates Nontypable Haemophilus influenzae from Haemophilus haemolyticus.PLoS One. 2013; 8(2): e56139

　　3. J. P. Bruin, M. Kostrzewa et al. Identification of Haemophilus influenzae and Haemophilus haemolyticus by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2014, 33:279–284

　　4. https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm605336.htm

　　5. FDA首次批准质谱方法鉴定新型致病菌耳念珠菌 (Candida auris)

　　6. “布”下天罗地网，防止“耳念”侵袭