Využití moderních metod pro stanovení rezistence k antibiotikům

Abstrakt

The increasing occurrence of antibiotic resistance is one of the major problems of the 21st century. The occurrence of bacterial strains resistant to antibiotics subsequently narrows the spectrum of suitable antibiotics usable for the treatment of common bacterial infections or for the prevention of their occurrence, e.g., in surgery. Wastewater treatment plants, hospitals, and also the food chain belong to the hotspots, where the emergence and spread of new or existing strains of antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes occur most frequently.

Phenotypic culture methods are routinely used in laboratories to determine antibiotic resistance, but they are laborious and time-consuming and the interpretation of exact results is also difficult. For this reason, faster alternatives for the detection of antibiotic resistant bacteria or even antibiotic resistance genes are sought. Such an example of an alternative method for the detection of antibiotic resistant bacteria is the use of the matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry phenotypic method to identify the beta-lactamase producers. Genotype methods provide faster analysis and, at the same time, more accurate detection. Antibiotic resistance genes can be directly detected and quantified by polymerase chain reaction. Microarrays can be used to further speed up and increase the specificity of PCR amplicons detection.

Massive parallel methods provide comprehensive information on the resistoma of the specific environment. They facilitate sequencing of individual DNA molecules or amplicons to detect determinants of antibiotic resistance. Massive parallel methods have the potential to replace conventional pathogen characterization and allow the detection of all microorganisms in a sample (including difficult-to-cultivate or noncultivable microorganisms).

Zvyšující se výskyt antibiotických rezistencí patří k závažným problémům 21. století. Výskyt bakteriálních kmenů rezistentních k antibiotikům následně zužuje spektrum vhodných antibiotik použitelných pro léčbu i běžných bakteriálních infekcí nebo pro prevenci jejich výskytu, např. v chirurgii. Čistírny odpadních vod, nemocnice, ale i potravinový řetězec patří k ohniskům, kde nejčastěji dochází ke vzniku či šíření nových i stávajících kmenů bakterií rezistentních k antibiotikům a genů rezistence k antibiotikům.

Ke stanovení antibiotických rezistencí se v laboratořích standardně používají fenotypové kultivační metody, které jsou však náročné na čas i práci a částečně i přesnou interpretaci výsledků. Z tohoto důvodu jsou hledány rychlejší alternativní metody detekce bakterií rezistentních k antibiotikům nebo přímo genů rezistence k antibiotikům. Příkladem alternativní metody detekce bakterií rezistentních k antibiotikům je například použití fenotypové metody využívající hmotnostní spektrometrie s laserovou desorpcí a ionizací za účasti matrice s průletovým analyzátorem pro stanovení producentů beta‑laktamas. Zrychlení a zároveň větší přesnost detekce poskytují genotypové metody. Pomocí polymerasové řetězové reakce lze přímo detekovat a kvantifikovat geny rezistence k antibiotikům. Pro další zrychlení a vyšší specifitu detekce amplikonů z PCR lze použít mikročipy.

Metody masivního paralelního sekvenování poskytují ucelenou informaci o rezistomu daného prostředí. Umožňují sekvenovat DNA amplikony či jednotlivé molekuly DNA pro detekci determinant antibiotické rezistence. Metody masivního paralelního sekvenování mají potenciál nahradit konvenční charakterizaci patogenů a umožňují detekci všech mikroorganismů ve vzorku (včetně obtížně kultivovatelných či nekultivovatelných mikroorganismů).