CN102317789A

CN102317789A - 利用质谱法分离、表征和/或鉴定微生物的方法

Info

Publication number: CN102317789A
Application number: CN2009801532883A
Authority: CN
Inventors: 琼斯·海曼; 布拉德福德·克莱; 约翰·沃尔什; 瑟曼·索普
Original assignee: Biomerieux SA
Current assignee: Biomerieux SA
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: ES2538497T3; US20100120085A1; US20140186879A1; JP5509213B2; US9790534B2; KR20110091718A; WO2010062354A1; JP2012507711A; US10415075B2; MX2011004108A; CA2741019A1; EP2350667A1; AU2009320335B2; CA2741019C; BRPI0919896A2; AU2009320335A1; RU2011114901A; EP2350667B1; CN102317789B; RU2519650C2

Abstract

本发明涉及用于分离、表征和/或鉴定检测样品中的微生物的方法。本发明的方法包括用于溶解可能存在于检测样品中的非微生物细胞的可选的溶胞步骤，接着是后续的分离步骤。该方法可以用于从复杂样品诸如含血液的培养基中分离、表征和/或鉴定微生物。本发明还提供通过质谱法对分离的微生物样品进行探询以产生微生物的质谱图并利用所获得的质谱图表征和/或鉴定样品中的微生物。

Description

利用质谱法分离、表征和/或鉴定微生物的方法

相关申请的交叉参考

本申请要求享有于2008年10月31日提交的标题为“Method and Systemfor Detection and/or Characterization of a Biological Particle in a Sample”的美国临时专利申请第61/110,187号的权益，将其结合于本文中作为参考。

技术领域

本发明涉及用于检测、分离和/或鉴定样品中的微生物的方法和系统。具体而言，本发明涉及利用质谱法快速表征和/或鉴定微生物的直接方法。

背景技术

检测生物学流体中的病原微生物，应该在尽可能最短的时间内进行，尤其是在败血症的情况下，对于该病症尽管医生可利用的抗生素的范围广泛，但是其死亡率仍然保持较高。生物学活性剂(诸如微生物)在患者体液尤其是血液中的存在，一般采用血培养瓶进行检测。血流感染与高的发病率和死亡率有关，然而当前的诊断方法即培养之后进行生物化学鉴定和抗生素敏感性测试，可能要耗费几天时间来进行。通常，基于临床症状开始经验疗法，而只有当初始疗法无效时测试结果才会影响临床决策。在阳性血液培养结果之后的最初几个小时内、优选1个小时内表征血液感染的能力，将会显著地加强所提供的诊断信息的临床相关性。已经提出了分子扩增方法来填补这方面的需要，但是对于这种方法仍然存在严重的挑战。阳性血液培养液自身代表具有用于各种快速、鉴定(ID)试验的潜能的天然扩增的微生物种群。

为了提供稳健的结果，传统的自动表型ID测试(诸如Vitek

、Phoenix^TM和Microscan系统)或手动表型测试(诸如API)要求微生物处于适当的生长阶段并且无干涉培养基和血液产物。这些系统利用在平板培养基上从阳性培养液中生长18～24小时的菌落。然而，为了获得更快的结果，一些实验室已经报道了采用这些系统及从阳性血培养瓶中分离的微生物。这些直接获自培养瓶的试验并不是对于所有的微生物(例如，革兰氏阳性球菌)都是适当的，未经测试厂商验证，并且一般要花费3～8小时才能提供结果。迫切需要更快且更广泛的特异性试验，以便在阳性培养结果之后的最初几个小时内、优选1个小时内为医师提供临床上相关的结果。

质谱法具有实现非常快速地鉴定微生物的潜能，但是可能会遇到来自存在于液体微生物培养基中和临床样品诸如血液或其组合中的许多化合物的干扰。直接从阳性血液培养液中回收微生物的最常用的方法是两步差速离心和在血清分离器管中进行的离心。

已经描述了用于分离、表征和/或鉴定微生物的其它方法，包括：

美国专利第6,177,266号公开了一种采用通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析细胞蛋白提取物或整个细胞产生的属、种和菌株的特异性生物标记物对细菌进行化学分类学分类的方法。

在美国专利第7,070,739号中，显示了一种通过二维超离心直接从体液或均质化组织中提取、分离和纯化微生物(包括病毒)的方法。在第一步离心步骤中，将沉降速度高于待鉴定的微生物的沉降速率的所有粒子除去。在第二步超离心步骤中，采用专用锯齿离心管，于填充的流体中应用等密度分带以形成宽范围的密度梯度。根据该专利，分离技术能够用于通过利用核酸特异性染料的光散射或荧光检测分带的粒子，以及用于以非常小的体积回收分带的粒子，从而通过质谱分析病毒蛋白亚单位和完整的病毒粒子以及通过荧光流量细胞计数测定核酸的质量和由限制酶产生的片段的质量进行表征。

美国专利申请出版物第2007/0175278号描述了采用液体培养基培养所关注的样品，包括例如血液、尿液、粪便、脉管导管等，工业生产线，水系统，食物产品，化妆品，药物制剂和法医样品。随后，通过本领域内已知的方法，例如通过离心可以从液体培养基中采集微生物。然后可以将浓缩的微生物转移到载体物质中，可选地在干燥之后，用于获取振动光谱。该专利申请讨论了用于鉴定和分类微生物的各种方法，包括振动光谱法，诸如拉曼光谱法。

然而，这些方法在试图从复杂样品(诸如含血液的培养基)中分离和表征微生物时具有一些缺点。所得的微生物制剂经常包含污染性的红血细胞、血小板、脂质微粒、血浆酶和细胞碎片，这些都可以导致结果变差。这些方法也是非常劳动密集型的并且由于其步骤能够使潜在危险的病原体在空气中暴露于使用者从而是不安全的。仍需要从血液培养液和其它无这些干扰物质并与快速鉴定技术相容的复杂样品中分离微生物的简单安全且可靠的方法。

发明内容

本发明提供用于分离、表征和/或鉴定样品中微生物的方法。方法实现了比现有技术更快速地表征和/或鉴定微生物，从而产生更快的诊断(例如，在患有或疑似患有败血症的受试者中)并鉴定受污染物质(例如，食品和药物)。在本发明的方法中所包括的步骤，从获得样品到表征和/或鉴定微生物，都可以在非常短的时间框架内实施以产生临床相关的可采取行动的信息，例如在不到约120分钟内。

在一个方面中，本发明涉及从检测样品中表征和/或鉴定微生物的方法，包括：

(a)获得已知包含或可能包含微生物的检测样品；

(b)选择性地溶解所述检测样品中的非微生物细胞以产生溶胞样品；

(c)使微生物与所述溶胞样品的其它组分分离以形成所述微生物的离析的样品；

(d)通过质谱法对所述微生物的所述离析的样品进行探询以获得所述微生物的质谱图；和

(e)通过将所测定的质谱图与参考质谱图和/或与已知微生物的细胞组分的已知或预测的质量对比来表征和/或鉴定所述离析的样品中的所述微生物。

在又一个方面中，本发明涉及从血液培养物中表征和/或鉴定微生物的方法，包括：

(a)从已知包含或可能包含微生物的血液培养物中获得样品；

(b)选择性地溶解所述样品中的非微生物细胞以产生溶胞样品；

(c)将所述溶胞样品铺层在密封容器中的密度缓冲垫层上；

(d)将容器离心以使微生物与所述样品的其它组分分离并形成微生物颗粒；

(e)通过质谱法对所述微生物的所述离析的样品进行探询以获得所述微生物的质谱图；和

(f)通过将所测定的质谱图与参考质谱图和/或与已知微生物的细胞组分的已知或预测的质量对比来表征和/或鉴定所述离析的样品中的所述微生物。

在又一个方面中，本发明涉及表征和/或鉴定微生物的方法，包括：

(a)获得已知包含或可能包含微生物的检测样品；

(b)将所述检测样品铺层在容器中的密度缓冲垫层的上方；

(c)将容器离心以使微生物与所述样品的其它组分分离并形成微生物颗粒；

(d)通过质谱法对颗粒进行探询以获得所述微生物的质谱图；和

在一个实施方式中，分离通过将测试样品铺层在容器中的密度缓冲垫层的上方并将容器离心以粒化微生物，同时检测样品培养基仍保留在密度缓冲垫层的顶部。

在一个实施方式中，方法包括回收微生物颗粒，再悬浮微生物，从悬浮液中除去样品用于引入质谱仪中并对样品进行质量分析的步骤。

在另一个实施方式中，该方法进一步包括回收微生物颗粒，再悬浮微生物并进行进一步的鉴定或表征试验(例如，耐药性、毒力因子、抗药型)的步骤。

在本文的附图中和下面阐述的描述中对本发明进行更详细的解释。

附图说明

图1显示了从血液培养物中处理和回收的各种微生物的质谱图。

图2显示了从血液培养液中处理和回收的5种金黄色葡萄球菌(S.aureus)分离物的质谱图。

图3显示了直接获自琼脂平板的大肠杆菌(E.coli)的质谱图和根据本发明从血液培养液中处理的大肠杆菌的质谱图的对比。

具体实施方式

本发明可以以不同的形式体现，并且不应该解释为仅限于本文中所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以便使本公开是全面和完整的，并将向本领域的技术人员充分表达本发明的范围。例如，可以将有关一个实施方式举例说明的特征结合至其它实施方式中，以及可以将有关具体实施方式举例说明的特征从该实施方式中删除。另外，依据本公开，在本文中提出的对实施方式的各种变通和添加对于本领域的技术人员而言将会是显而易见的，所述的各种变通和添加没有偏离本发明。

除非另外规定，本文所用的所有技术术语和科学术语都具有与本发明所属领域中普通技术人员通常所理解的相同的含义。本文中在本发明的说明书中所用的术语仅仅是为了达到描述具体实施方式的目的而不是用来限制本发明。

定义

如本文中所用的“一个(一种)”(“a”，“an”)或“该(the)”可以意指一个(一种)或多于一个(一种)。例如，“一个”细胞可以意指单个细胞或多个细胞。

而且，如本文中所用的“和/或”是指并包含一个或多个相关所列项的任何和所有的可能的组合，以及当在另一种情况(“或”)下解释时不组合。

另外，如本文中所用的术语“约”，当是指可测量的值诸如本发明的化合物或物质的量、剂量、时间、温度等时，意味着包含指定量的±20％、+10％、±5％、±1％、±0.5％，或甚至±0.1％的变化。

如本文中所用的术语“微生物”预期用于包含通常是单细胞的生物，其能够在实验室中进行繁殖和处理，包括但不限于革兰氏阳性细菌或革兰氏阴性细菌、酵母菌、霉菌、寄生虫和柔膜细菌。本发明的革兰氏阴性细菌的非限制性的实例包括以下属的细菌：假单胞菌属(Pseudomonas)、埃希式杆菌属(Escherichia)、沙门氏菌属(Salmonella)、志贺氏杆菌属(Shigella)、肠杆菌属(Enterobacter)、克雷白氏杆菌属(Klebsiella)、沙雷氏菌属(Serratia)、变形杆菌属(Proteus)、弯曲菌属(Campylobacter)、嗜血杆菌属(Haemophilus)、摩根氏菌属(Morganella)、弧菌属(Vibrio)、耶尔森氏菌属(Yersinia)、不动杆菌属(Acinetobacter)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、短波单胞菌属(Brevundimonas)、青枯菌属(Ralstonia)、无色杆菌属(Achromobacter)、梭菌属(Fusobacterium)、普氏菌属(Prevotella)、布兰汉氏球菌属(Branhamella)、奈瑟菌属(Neisseria)、伯克氏菌属(Burkholderia)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、哈夫尼菌属(Hafnia)、爱德华氏菌属(Edwardsiella)、气单胞菌属(Aeromonas)、莫拉克斯氏菌属(Moraxella)、布鲁氏菌属(Brucella)、巴斯德氏菌属(Pasteurella)、普罗维登斯菌属(Providencia)、和军团菌属(Legionella)。本发明的革兰氏阳性细菌的非限制性的实例包括以下属的细菌：肠球菌属(Enterococcus)、链球菌属(Streptococcus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、李斯特菌属(Listeria)、消化链球菌属(Peptostreptococcus)、丙酸菌属(Propionibacterium)、梭菌属(Clostridium)、拟杆菌属(Bacteroides)、加德纳菌属(Gardnerella)、库克菌属(Kocuria)、乳球菌属(Lactococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、微球菌属(Micrococcus)、分枝杆菌属(Mycobacteria)和棒状杆菌属(Corynebacteria)。本发明的酵母菌和霉菌的非限制性的实例包括以下属的那些：念珠菌属(Candida)、隐球菌属(Cryptococcus)、诺卡氏菌属(Nocardia)、青霉菌属(Penicillium)、链格孢属(Alternaria)、红酵母属(Rhodotorula)、曲霉属(Aspergillus)、镰刀菌属(Fusarium)、酵母属(Saccharomyces)和毛孢子菌属(Trichosporon)。本发明的寄生虫的非限制性的实例包括以下属的那些：锥体虫属(Trypanosoma)、巴贝西虫属(Babesia)、利什曼原虫属(Leishmania)、疟原虫属(Plasmodium)、Wucheria、布鲁格氏丝虫属(Brugia)、盘尾丝虫属(Onchocerca)和纳氏虫属(Naegleria)。本发明的柔膜细菌的非限制性的实例包括以下属的那些：支原体属(Mycoplasma)和脲原体属(Ureaplasma)。

在如本文中更详细地描述的一个实施方式中，可以对来自样品或生长培养基的微生物进行分离和探询以表征和/或鉴定样品中存在的微生物。如本文中所用的术语“使分离”预期包含已经从其原始状态或从生长培养基或培养基中除去、浓缩或另外分开的任何的微生物样品。例如，根据本发明，可以使微生物与可能另外干扰表征和/或鉴定的非微生物或非微生物组分分离开(例如，作为分离的样品(separated sample))。该术语可以包括夹在两个其它层之间的微生物层(例如，离心后在高密度缓冲垫层顶部收集的微生物)，或在固体表面(例如，过滤膜)上收集的微生物层。该术语也可以包括已经部分地通过层(例如，密度缓冲垫层)的微生物的收集。同样，分离的微生物样品可以包括微生物和/或其组分的任何收集或层，这比原始样品更浓，或另外从原始样品中分离出来，并且其范围可以是从微生物的紧密堆积的稠密块到微生物的扩散层。在分离形式或样品中可以包含的微生物组分包括但不限于以任何组合形式存在的菌毛、鞭毛、伞毛和荚膜。与微生物分离开的非微生物组分可以包括非微生物细胞(例如，血液细胞和/或其它组织细胞)和/或其任何组分。

在如本文中更详细地描述的又一个实施方式中，，可以对来自样品或生长培养基的微生物进行分离和探询以表征和/或鉴定样品中存在的微生物。如本文中所用的术语“离析的”预期包含已经从其原始状态或从其生长培养基或培养基中至少部分地纯化的任何微生物样品，以及其中所含的任何非微生物或非微生物组分。例如，根据本发明，微生物可以与可能另外干扰表征和/或鉴定的非微生物或非微生物组分离析开(例如，作为离析的样品(isolated sample))。与微生物分离开的非微生物组分可以包括非微生物细胞(例如，血液细胞和/或其它组织细胞)和/或其任何组分。

在如本文中更详细地描述的又一个实施方案中，，可以对来自样品或生长培养基的微生物进行粒化和探询以表征和鉴定样品中存在的微生物。如本文中所用的术语“颗粒”预期包含已经被压缩或沉积成微生物团块的任何微生物样品。例如，通过离心或本领域内的其它已知方法可以将样品中的微生物在试管底部压缩或沉积成团块。该术语包括离心后在容器的底部和/或侧面上的微生物(和/或其组分)的收集。在颗粒中可以包含的微生物组分包括但不限于以任何组合形式存在的菌毛、鞭毛、伞毛和荚膜。根据本发明，微生物可以与可能另外干扰表征和/或鉴定的非微生物或非微生物组分粒化分开(例如作为基本上纯化的微生物颗粒)。与微生物分离开的非微生物组分可以包括非微生物细胞(例如，血液细胞和/或其它组织细胞)和/或其任何组分。

如本文中所用的术语“密度缓冲垫层”是指整个具有均匀密度的溶液。

本发明提供了用于分离、表征和/或鉴定样品中微生物的方法。而且，该方法可以特别用于从复杂样品诸如含血液的培养基中分离、表征和/或鉴定微生物。快速方法也实现了比现有技术更快地表征和/或鉴定微生物，从而获得更快速的诊断(例如，在患有或疑似患有败血症的受试者中)并表征/鉴定受污染物质(例如，食品和药物)。本发明的方法中所包含的步骤，从获得样品到表征和/或鉴定微生物，都可以在非常短的时间框架内实施以得到临床上相关的可采取行动的信息。在某些实施方式中，本发明的方法可以在不到约120分钟内，例如在不到约110、100、90、80、70、60、50、40、30、20、15、10、5、4、3、2或1分钟内进行实施。本发明的方法的极度快速性代表优于现有方法的改进。可以使用本发明方法来表征和/或鉴定本文中所述的任何微生物。在一个实施方式中，微生物是细菌。在另一个实施方式中，微生物是酵母菌。在另一个实施方式中，微生物是霉菌。在另外的实施方式中，微生物是寄生虫。在另一个实施方式中，微生物是柔膜细菌。另外，可以使本发明的方法完全自动化，从而降低了处理传染性物质和/或污染样品的风险。

(a)获得已知包含或可能包含微生物的检测样品；

在另一个方面中，本发明涉及表征和/或鉴定微生物的方法，包括：

(a)获得已知包含或可能包含微生物的检测样品；

(b)将检测样品铺层在容器中的密度缓冲垫层的上方；

(c)将容器离心以使微生物与所述检测样品的其它组分分离并形成微生物颗粒；

在本发明的另一个实施方式中，方法包括在探询微生物之前从分离容器中回收分离步骤期间形成的微生物颗粒或其的一部分。例如，在形成颗粒之后，可以将流体从颗粒中吸出并将颗粒再悬浮于合适的培养基(例如，其中微生物是活的培养基)中。可以将再悬浮的微生物从分离容器中移出。然后，可以例如在悬浮液中或在已将它们再粒化之后对微生物探询从而进行表征和/或鉴定。在其它实施方式中，可以在分离容器中(例如在悬浮液中)或已将它们再粒化之后对再悬浮的微生物进行探询。在另外的实施方式中，从颗粒中回收的微生物可以直接用于进一步的探询(例如，质谱法)而无需再悬浮。

样品

可以通过本发明的方法进行测试的样品(即，检测样品)包括其中微生物存在和/或生长或可能疑似存在和/或生长的临床和非临床样品，以及对微生物的存在进行常规或不定期检测的物质的样品。所利用的样品的量由于方法的通用性和/或灵敏度可能大大不同。样品制备可以通过本领域内技术人员已知的任何技术来实施，尽管本发明的一个优点在于可以利用系统对复杂的样品类型(诸如例如血液、体液、和/或其它不透明的物质)直接进行测试，而仅需极少的或无需大量的预处理。在一个实施方式中，样品取自培养物。在另一个实施方式中，样品取自微生物培养物(例如，血液培养物)。在另一个实施方式中，在样品中疑似或已知包含微生物。

可以测试的临床样品包括通常在临床或研究实验室中测试的任何类型的样品，包括但不限于血液、血清、血浆、血液部分、关节液、尿液、精液、唾液、粪便、脑脊髓液、胃内容物、阴道分泌物、组织匀浆、骨髓抽取液、骨匀浆、痰、抽吸物、拭子和拭子渣液(rinsates)、其它体液等。在另一个实施方式中，可以对临床样品进行培养并使用培养样品。

本发明发现了在研究以及兽用和医药应用中的用途。可以获取临床样品的合适受试者一般是哺乳动物受试者，但是可以是任何动物。如本文中所用的术语“哺乳动物”包括但不限于人、非人灵长类动物、牛、绵羊、山羊、猪、马、猫、狗、兔子、啮齿类动物(例如，大鼠或小鼠)等。人类受试者包括新生儿、婴幼儿、青少年、成年人和老年受试者。可以获取样品的受试者包括但不限于哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类。

可以进行测试的非临床样品包括物质，所述物质包含但不限于食品、饮料、药物、化妆品、水(例如，饮用水、非饮用水、和废水)、海水压载物、空气、土壤、污水、植物材料(种子、叶子、茎、根、花、果实)、血液制品(例如血小板、血清、血浆、白血细胞部分等)、捐赠器官或组织样品、生物战样品等等。方法也尤其十分适合实时测试以监控工业环境中的污染水平、过程控制、质量控制等。在另一个实施方式中，可以对非临床样品进行培养，并使用培养样品。

在本发明的一个实施方式中，样品获自患有或疑似患有微生物感染的受试者(例如，患者)。在一个实施方式中，受试者患有或疑似患有败血症，例如，菌血症或真菌血症。样品可以是直接获自受试者的血液样品。样品可以来自由患者的血液样品生长的血液培养物，例如BacT/ALERT

血液培养物。血液培养样品可以来自阳性血液培养物，例如，表明微生物存在的血液培养物。在某些实施方式中，样品在其转为阳性之后短时间内，例如约6小时之内，例如约5、4、3、或2小时内，或在约60分钟，例如约55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、4、3、2或1分钟内取自阳性血液培养物。在一个实施方式中，样品取自其中微生物处于对数生长期的培养物。在另一个实施方式中，样品取自其中微生物处于静止期的培养物。

本发明提供了用于检测、表征和/或鉴定微生物的高灵敏度。这能够使检测、表征和/或鉴定无需首先必须经过下列步骤：通过使它们在固体或半固体培养基上生长来分离微生物，以及对生长的菌落采样。因此，在本发明一个实施方式中，样品不是来自在固体或半固体表面上生长的微生物(例如，细菌、酵母菌或霉菌)菌落。因此在本发明一个实施方式中，样品不是来自在固体或半固体表面上生长的微生物(例如，细菌、酵母菌或霉菌)菌落。

样品的体积应该足够大以产生实施本发明方法的使分离/分离步骤后可以进行探询的微生物的分离样品或微生物颗粒。适当的体积将取决于样品的来源和样品中微生物的预期水平。例如，阳性血液培养物将含有比待检测污染的饮用水样品更高的每体积微生物水平，因此可能需要相对于饮用水样品体积更小的血液培养基。一般而言，样品大小可以是低于约50ml，例如，低于约40、30、20、15、10、5、4、3、或2ml。在某些实施方式中，样品大小可以是约1ml，例如约0.75、0.5或0.25ml。在某些实施方式中，其中分离以微量规模进行，则样品大小可以是低于约200μl，例如，低于约150、100、50、25、20、15、10或5μl。在一些实施方式中(例如，当期望样品含有少量微生物时)，样品大小可以是约100ml或更大，例如，约250、500、750或1000ml或更大。

可选的溶胞步骤

在一些实施方式中，获得样品之后，本发明的方法中的下一个步骤是选择性地溶解样品中可能存在的不想要的细胞，例如血液细胞和/或组织细胞。细胞可以溶解以允许微生物与样品的其它组分分离。微生物与其它组分的分离防止在探询步骤期间产生干扰。如果期望非微生物细胞在样品中不存在或期望其不会干扰探询步骤，则可以不需要实施溶胞步骤。在一个实施方式中，待溶解的细胞是样品中存在的非微生物细胞且可能存在于样品中的微生物细胞不发生溶解。然而，在一些实施方式中，特定种类的微生物的选择性溶胞可能是所期望的并因此可以根据本文中描述的以及本领域内众所周知的方法进行实施。例如，可以选择性地溶胞不想要的微生物种类，例如溶解酵母菌，而不溶解细菌或反之亦然。在另一个实施方式中，溶胞所需的微生物以便分离微生物的特定亚细胞组分，例如，细胞膜或细胞器。在一个实施方式中，溶解所有的非微生物细胞。在其它实施方式中，溶解一部分的非微生物细胞，例如，溶解防止干扰探询步骤的足够多的细胞。细胞的溶解可以通过本领域内已知的有效地选择性溶解细胞而溶胞或不溶胞微生物的任何方法进行实施，包括但不限于加入溶胞溶液、超声处理、渗透压冲击、化学处理和/或其组合。

溶胞溶液是一种能够溶解细胞例如非微生物细胞(例如，通过溶解真核细胞膜)和/或微生物细胞的溶液。在一个实施方式中，溶胞溶液可以包含一种或多种清洁剂、一种或多种酶、或一种或多种清洁剂和一种或多种酶的组合，并且可以进一步包含其它作用剂。在一个实施方式中，清洁剂可以是非变性溶胞清洁剂，诸如Triton

X-100、Triton

X-100-R、Triton

X-114、NP-40、Genapol

C-100、Genapol

X-100、Igepal

CA 630、Arlasolve^TM200、Brij

96/97、CHAPS、辛基β-D-吡喃葡萄糖苷、皂苷和单十二烷基九乙二醇醚(C12E9，聚多卡醇(polidocenol))。可选地，可以包含变性溶胞清洁剂，诸如十二烷基硫酸钠、N-月桂酰肌氨酸、脱氧胆酸钠、胆汁盐类、十六烷基三甲基溴化铵、SB3-10、SB3-12、氨基磺基甜菜碱-14(amidosulfobetaine-14)和C7BzO。可选地，还可以包含增溶剂，诸如Brij

98、Brij

58、Brij

35、Tween80、Tween20、PluronicL64、PluronicP84、非-清洁性磺基甜菜碱(NDSB 201)、amphipols(PMAL-C8)和甲基-β-环糊精。通常，非-变性清洁剂和增溶剂以超过其临界胶束浓度(CMC)的浓度使用，而变性清洁剂可以以低于其CMC的浓度加入。例如，非-变性溶胞清洁剂可以在约0.010％至约10％，例如约0.015％至约1.0％，例如约0.05％至约0.5％，例如约0.10％至约0.30％(用样品稀释后的最终浓度)的浓度使用。在另一个实施方式中，可以优选使用聚氧乙烯清洁剂。聚氧乙烯清洁剂可以包含C_12-18/E_9-10结构，其中C_12-18表示12～18个碳原子的碳链长度和E_9-10表示9～10个氧乙烯亲水性头基团。例如，聚氧乙烯清洁剂可以选自Brij

97、Brij

96V、Genapol

C-100、Genapol

X-100、单十二烷基九乙二醇醚(聚多卡醇)，或其组合组成的组。

可以用在溶胞溶液中的酶包括但不限于，消化核酸和其它膜污染物质的酶(例如，蛋白酶XXIII、脱氧核糖核酸酶、神经氨糖酸苷酶、多糖酶、Glucanex

和Pectinex

)。可以使用的其它添加剂包括但不限于还原剂诸如2-巯基乙醇(2-Me)或二硫苏糖醇(DTT)和稳定剂诸如镁、丙酮酸盐和保湿剂。溶胞溶液可以在适合溶解所需细胞的任何pH下进行缓冲，而这将取决于多种因素，包括但不限于，样品的类型、待溶解的细胞和所用的清洁剂。在一些实施方式中，pH可以处于约2至约13，例如约6至约13，例如约8至约13，例如约10至约13的范围中。合适的pH缓冲剂包括能够保持pH处于所需范围中的任何缓冲剂，例如，约0.05M至约1.0M的CAPS。

在一个实施方式中，将样品和溶胞溶液混合然后孵育足以发生细胞膜的溶胞和溶解的一段时间，例如约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、50或60秒，或约2、3、4、5、6、7、8、9、10、15或20分钟或更长的时间，例如，约1秒至约20分钟，约1秒至约5分钟，或约1秒至约2分钟。孵育时间将取决于溶胞溶液的强度，例如清洁剂和/或酶的浓度。一般而言，越温和的溶胞缓冲剂越需要更长的时间和更大的样品稀释度来完全溶解非微生物细胞。溶胞溶液的强度可以基于样品中已知存在或疑似存在的微生物进行选择。对于更易于溶胞的微生物，可以使用温和的溶胞溶液。溶胞可以在约2℃至约45℃，例如约15℃至约40℃，例如约30℃至约40℃的温度下发生。在一个实施方式中，可以将溶胞溶液装载到注射器中，然后可以将样品吸入到注射器中从而使混合和孵育在注射器内发生。在一个实施方式中，可以将溶胞溶液载入到注射器中，然后将样品吸入到注射器中从而使混合和孵育在注射器内发生。

在一些实施方式中，溶胞条件(例如，溶液或孵育时间)，以及分离和/或探询步骤，能够足以杀死样品中一些或所有的微生物。本发明的方法是高度通用的并且不要求所有微生物对于要发生的分离和鉴定都是活着的。在某些实施方式中，一些或所有的微生物可以是死亡的，死亡可以发生在本发明方法的步骤实施之前、期间和/或之后。

在本发明的实践中所考虑的溶胞缓冲剂的更多细节和描述公开在于2009年10月30日提交的标题为“Methods for Isolation and Identification ofMicroorganisms”，序列号为no._的未决美国专利申请中，将其内容结合于本文中作为参考。

分离步骤

本发明的方法中的下一步骤(例如，如果进行溶胞步骤，则是在样品已经被溶胞之后的步骤)是分离步骤。可以实施分离步骤以使微生物与样品的其它组分(例如，非微生物或其组分)分离，并将微生物浓缩成为实现鉴定和表征目的可以进行探询的颗粒。分离不必是完全的，即，不要求达到100％的分离。需要的是微生物与样品的其它组分的分离足以允许对微生物进行探询且基本上不会受到其它组分干扰。例如，分离能够产生至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％或99％纯度的或更高纯度的微生物颗粒。

在一个实施方式中，分离通过离心步骤实施，其中将样品(例如，溶胞样品)置于分离容器中的密度缓冲垫层的顶部并且将容器在允许微生物被离析的条件下离心(例如，微生物可以在容器的底部和/或侧面上形成颗粒)。根据该实施方式，样品的其它组分(例如，在样品培养基中可能存在的非微生物或其组分)保留在密度缓冲垫层的顶部或在密度缓冲垫层的顶层部分内。一般而言，任何已知的容器都可以用于分离步骤。在一个实施方式中，分离容器是在于2009年10月30日提交的标题为“Separation Device for Use in the Separation，Characterization and/or Identification of Microorganisms”，序列号为____中的有关美国专利申请中公开的分离装置。该分离步骤从样品中的物质，诸如培养基、细胞碎片、和/或其它可能干扰微生物的探询(例如，通过内荧光)的组分中离析出微生物。在一个实施方式中，密度缓冲垫层还用于分离活的微生物和死的微生物(其不通过密度缓冲垫层)。在另一个实施方式中，密度缓冲垫层不含有密度梯度，无论是在离心之前还是在离心之后。换句话说，对分离容器离心的时间和/或加速度的量不足以使组成密度缓冲垫层的物质形成密度梯度。

选择缓冲垫层的密度以便使样品中的微生物通过缓冲垫层而样品的其它组分(例如，血液培养液、细胞碎片)仍保留在垫层的顶部或没有完全通过密度缓冲垫层。也可以选择密度缓冲垫层用来分离活的微生物(其通过缓冲垫层)和死亡微生物(其不通过缓冲垫层)。合适的密度将取决于密度缓冲垫层中所用的物质以及待分离的样品。在一个实施方式中，缓冲垫层的密度在约1.025至约1.120g/ml，例如约1.030至约1.070g/ml，约1.040至约1.060g/mL的范围中或在约1.025至约1.120g/ml之间的任何范围中。在另一个实施方式中，缓冲垫层的密度为约1.025、1.030、1.035、1.040、1.045、1.050、1.055、1.060、1.065、1.070、1.075、1.080、1.085、1.090、1.095、1.100、1.105、1.110、1.115或1.120g/ml。

用于密度缓冲垫层的物质可以是具有用于本发明方法的适当的密度范围的任何物质。在一个实施方式中，物质是胶体二氧化硅。胶体二氧化硅可以是未涂覆的(例如，Ludox

(W.R.Grace，CT))或者是例如用硅烷(例如，PureSperm

(Nidacon Int′l，瑞典)或Isolate

(Irvine Scientific，Santa Ana，CA))或聚乙烯吡咯烷酮(例如，Percoll^TM，Percoll^TM Plus(Sigma-Aldrich，St.Louis，MO))涂覆的。在一个实施方式中，选择了对光谱探询产生最小干扰作用的胶体二氧化硅，例如，具有最低内荧光的物质。胶体二氧化硅可以在任何合适的介质中稀释以形成合适的密度，例如，平衡盐溶液、生理盐水和/或0.25M的蔗糖。合适的密度可以采用浓度为约15％至约80％v/v，例如约20％至约65％v/v的胶体二氧化硅获得。密度缓冲垫层的另一种合适的物质是碘化造影剂，例如碘海醇(Omnipaque^TM NycoPrep^TM，或Nycodenz

)和碘克沙醇(Visipaque^TM或OptiPrep^TM)。对于血液培养样品，合适的密度可以采用浓度为约10％至约25％w/v，例如约14％至约18％w/v的碘海醇或碘克沙醇获得。对于血液培养样品，蔗糖可以以约10％至约30％w/v例如约15％至约20％w/v的浓度用作密度缓冲垫层。可以用于制备密度缓冲垫层的其它合适的物质包括低粘度高密度的油，诸如显微镜浸镜油(例如，Type DF；Cargille Labs，New York)；矿物油(例如，Drakeol

5，Draketex 50，Peneteck

；Penreco Co.，Pennsylvania)；硅油(聚二甲基硅氧烷)；氟硅油；硅凝胶；甲泛影酸盐-Ficoll

(LymphoPrep^TM)，例如，对于血液培养样品在约75％至约100％浓度下；泛影酸盐-葡聚糖(PolymorphoPrep)，例如，对于血液培养样品在约25％至约50％浓度下；羧甲基纤维素；羟丙基甲基纤维素；聚环氧乙烷(高分子量)；Pluronic

F 127；Pluronic

F68；Pluronic

化合物的混合物；聚丙烯酸；交联的聚乙烯醇；交联的聚乙烯吡咯烷；PEG甲醚甲基丙烯酸酯；果胶；琼脂糖；黄原胶；胶凝糖；Phytagel

；山梨醇；Ficoll

(例如，对于血液培养样品浓度为约10％至约15％的Ficoll

400)；甘油；葡聚糖(例如，对于血液培养样品在约10％至约15％的浓度下)；糖原；氯化铯(例如，对于血液培养样品在约15％至约25％的浓度下)；全氟碳流体(例如，全氟正辛烷)；氢氟碳流体(例如，Vertrel XF)；和本领域内众所周知的类似物质等等。在一个实施方式中，密度缓冲垫层选自以任意组合形式存在的一种或多种胶体二氧化硅、碘克沙醇、碘海醇、氯化铯、甲泛影酸盐-Ficoll

、泛影酸盐-葡聚糖、蔗糖、Ficoll

400、和/或葡聚糖中。密度缓冲垫层也可以由物质的组合构成，例如胶体二氧化硅和油的组合。上述化合物的某些组合对于本发明的分离和读数步骤是有益的。

密度缓冲垫层的体积/高度应该足以实现微生物与其它样品组分的分离。体积将取决于分离容器的大小和形状。一般而言，可以使用约0.1至约5ml的体积，例如约0.2至约1ml，例如约0.2ml至约0.5ml。如果以微量规模进行分离，则密度缓冲垫层的体积可以是约1μl至约100μl，例如约5μl至约50μl。在密度缓冲垫层的顶部放置或铺层的样品的体积应该足以提供可产生适合探询的颗粒的足够的微生物。一般而言，可以使用适合装入到容器中的任何体积。例如，可以使用约0.1ml至约5ml的体积，例如约0.2ml至约1ml，例如约0.2ml至约0.5ml。如果以微量规模进行分离，则样品的体积可以是约1μl至约100μl，例如约5μl至约50μl。对于样品在容器中的可利用空间将取决于容器的大小和形状。在一些实施方式中，在将样品放置或铺层在顶部之前可以将中间层(液体或固体)放置在密度缓冲垫层的顶部以防止密度缓冲垫层和样品之间的任何混合。在一个实施方式中，中间层可以是聚乙烯珠。在另一个实施方式中，可以在密度缓冲垫层和样品之间放置小气泡以防止混合。在另外的实施方式中，可以将密度缓冲垫层铺层在高密度物质(例如，全氟碳流体)的顶部从而使微生物在分离期间通过密度缓冲垫层并在密度缓冲垫层和高密度物质之间的界面处收集。

在本发明的一个实施方式中，分离容器在甩平式转头中进行离心从而使微生物直接在容器底部上形成颗粒。在足够的加速度下将容器离心足够长的时间从而使微生物与其它样品组分分离(例如形成的颗粒)。离心加速度可以是约1,000×g至约20,000×g，例如约2,500×g至约15,000×g，例如约7,500×g至约12,500×g，等。离心时间可以是约30秒至约30分钟，例如约1分钟至约15分钟，例如，约1分钟至约5分钟。离心可以在约2℃至约45℃，例如约15℃至约40℃，例如约20℃至约30℃的温度下进行实施。在一个实施方式中，分离容器包含封套，并在离心之前将封套应用于容器以形成气密式密封。封套的存在降低了处理具有或可能具有传染性和/或危险性的微生物的风险，以及污染样品的风险。本发明方法的一个优点是能够采用密封容器(例如，气密式密封容器)内的微生物实施方法的任意一个或多个步骤(例如，溶胞、分离、探询、和/或鉴定)。本发明方法，涉及自动化系统的应用，避免与处理高毒性微生物相关的健康和安全性风险，诸如从样品中回收微生物用于直接测试发生的。在一个实施方式中，对容器离心的时间和/或力不足以在密度缓冲垫层内形成密度梯度。本发明不涉及样品的超离心，例如，在超过约100,000×g的力下离心。而且，本发明也不涉及等密度(平衡)沉降或分带。

分离容器可以是任何具有足以容纳密度缓冲垫层和样品的容积的容器。如本文中所指出的，在本发明的实施中可以使用在于2009年10月30日提交的标题为“Separation Device for Use in the Separation，Characterization and/orIdentification of Microorganisms”，序列号为____的有关美国专利申请中公开的分离装置。在一个实施方式中，容器刚好放入或能够被刚好放入到离心机转子中。容器的容积可以是约0.1ml至约25ml，例如约1ml至约10ml，例如约2ml至约8ml。如果分离以微量规模进行，容器的容积可以是约2μl至约100μl，例如，约5μl至约50μl。在一个实施方式中，容器在其上层部具有宽的内径以容纳样品和大部分的密度缓冲垫层，而在收集微生物颗粒的下层部分具有较窄的内径。窄部分具有的内径可以是约0.04至约0.12英寸，例如约0.06至约0.10英寸，例如约0.08英寸。宽部分具有的内径可以是约0.32至约0.40英寸，例如约0.34至约0.38英寸，例如约0.36英寸。对于微量分离，内径可以甚至更小。例如，窄部分的内径可以是约0.001至约0.04英寸，例如，约0.002至约0.01英寸。锥形内径部分可以连接上下层部分。锥形部分具有的角度可以是约20至约70度，例如约30至约60度。在一个实施方式中，下层窄部分低于容器的总高度的一半，例如，低于容器的总高度的约40％、30％、20％或10％。容器可以具有连接的封套装置或可以通过螺纹接受封套装置(例如，封盖)从而使容器在离心期间可以是密封式封闭的。在某些实施方式中，容器经过设计以便使微生物样品或颗粒可以在分离之后很容易地回收、或另外获得或从容器中移出，不论是以手动还是自动的方式(从而使技术人员不会暴露于容器的内容物)。例如，容器可以包含含有颗粒并能够与容器其余部分分开的可卸下部分或脱离部分。在另一个实施方式中，容器包含用于分离之后接近颗粒的工具，诸如一个或多个用于插入注射器或其它采样装置或用于吸出颗粒的孔道或可穿透的表面。在一个实施方式中，容器可以是管，例如离心管。在另一个实施方式中，容器可以是小片或卡片。在一个实施方式中，容器是独立容器，即分离单个样品的装置。在其它实施方式中，容器是包含两个或更多个分离容器从而能够同时分离多个样品的装置的部分。在一个实施方式中，装置包含2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、36、42、48、60、72、84、96或更多个分离容器。

在另一个实施方式中，通过过滤步骤实施分离，在所述的过滤步骤中，将样品(例如溶胞样品)放置于装有具有阻留微生物的孔径的选择性过滤器或过滤装置。所阻留的微生物可以通过使合适的缓冲液缓缓地通过过滤器来进行洗涤。然后洗涤的微生物可以直接在过滤器上进行探询和/或通过直接在过滤器表面上采样或通过用合适的水性缓冲溶液反冲洗过滤器回收进行探询。

探询步骤

在一个实施方式中，在探询之前将样品或颗粒中回收和/或再悬浮和可选地从分离容器中移出。在另一个实施方式中，在原位探询之后将样品或颗粒回收和或再悬浮，然后实施进一步的光谱探询。例如，可以对回收的和/或再悬浮的微生物实施能够应用于离析的微生物但不能应用于微生物颗粒的技术，诸如胶乳凝集测试或自动表型鉴定测试。

在样品进行再悬浮之后，从悬浮液中移出部分样品，并将其置于用于引入到质谱仪的板子上。高度吸收性物质沉积在样品(例如，基质)的顶部；这种物质关于用于离子化样品的激光频率具有非常高的光吸收系数(例如，对于氮激光器，其发射波长为337nm，因此这种吸收性物质将会在337nm的波长下具有大的吸收系数)。将样品和吸收性物质干燥后，将板子插入到质谱仪中。在对样品抽空降压(即，从样品中移除大气气体从而使其处于10-5至10-7torr的环境中)所需的时间之后，将样品引入到质谱仪的电离室。将样品与系统对准。当达到最佳对准时，氮激光器产生脉冲。基质吸收的激光能量导致其由于沉积的高能量从板子表面上剥蚀下来。作为一个副作用，部分微生物细胞也将在此过程中被汽化和离子化。通过板子和质谱仪飞行管的入口之间产生静电场(即，系统的这部分是质/荷鉴别器)使这些离子加速到已知的动能。所有单电荷离子，无论质量如何，将在飞行管入口处具有相同的动能，但是它们将会具有与其质量成反比的速率。由此，离子沿飞行管移向检测器，而较轻的离子将在较重的离子之前到达(飞行管是质/荷鉴别器)。每当离子撞击检测器时检测器产生电荷。将检测器的输出数字化并且输出在一个轴上显示质/荷比以及在另一个轴上显示撞击次数。在其它实施方式中，采用质谱技术诸如MALDI-TOF质谱法、解吸电喷雾电离(DESI)质谱法、GC质谱法、LC质谱法、电喷雾电离(ESI)质谱法和选择离子流量管(SIFT)质谱法可以对颗粒中的微生物进行探询。

根据本发明，对于已知微生物进行了对照测量，由此实现采用本领域技术人员已知的各种数学方法使所测量的试验数据与所关注的微生物的表征相关。例如，使用本领域技术人员已知的软件系统可以将样品的数据与基线或对照测量结果进行对比。更具体而言，这些数据可以通过许多多元分析方法，诸如例如一般判别分析法(General Discriminant Analysis)(GDA)、偏最小二乘判别分析法(Partial Least Squares Discriminant Analysis)(PLSDA)、偏最小二乘回归(Partial Least Squares regression)、主成分分析(Principal Component Analysis)(PCA)、平行因素分析(Parallel Factor Analysis)(PARAFAC)、神经网络分析(Neural Network Analysis)(NNA)和/或支持向量机(Support Vector Machine)(SVM)进行分析。这些方法可以用于将所关注的未知微生物基于已存在的命名分类到相关组，和/或基于在如以前所述的设计用于监控、检测和/或表征生物体的系统中的生物体的代谢、病原性和/或毒力分类到天然存在组。

在又一个实施方式中，可以使用根据检测系统的非-光谱测量结果诸如检测时间和生长速率来辅助表征和/或鉴定分离样品或颗粒中的微生物。另外，取自分离装置下部区域的照片图像的测量结果可以提供关于鉴别分离物的有价值的信息，诸如颗粒大小、形状、颜色和密度。

在本发明的一些实施方式中，分离样品或颗粒中的微生物的表征和/或鉴定不需要涉及精确物种的鉴定。表征涵盖了生物微粒的广泛分类或分级以及单一物种的实际鉴定。离析的样品或颗粒中的微生物的分类可以包含对微生物的表型和/或形态学特征的测定。例如，生物微粒的表征可以基于可观察的差异，诸如组成、形状、大小、聚簇和/或代谢实现。在一些实施方式中，所关注的生物微粒的分类可能不需要给定的生物微粒的特征的先验知识而只需要与经验测量结果一致的相关性，从而使这种方法比基于特异性结合事件或代谢反应的方法更加通用和更易适应。如本文中所用的“鉴定”意指确定以前未知的微生物所属的科、属、种和/或菌株。例如，将以前未知的微生物鉴定到科、属、种和/或菌株水平。

在一些情况下，表征包含提供足够用于采取行动的有用信息的分类模型。如本文中所用的优选的分类模型包含分组到以下一组或多组：(1)革兰氏组；(2)临床革兰氏组；(3)治疗组；和(4)功能组。

(1)革兰氏组：在革兰氏组分类中，基于其革兰氏染色反应和总尺寸，可以将微生物归类成三大分类类别之一，所述组选自以下一组或多组：(a)采用革兰氏染色法染成深蓝色的革兰氏阳性微生物；(b)采用革兰氏染色法染成红色的革兰氏阴性微生物；和(c)采用革兰氏染色法染成蓝黑色但是通过形态学特征和尺寸与细菌进行区分的非常大的圆形细胞的酵母细胞。

(2)临床革兰氏组：可以将革兰氏组进一步分成几组代表有区别的形态学特征的子类。这些子类包括由有经验的实验室技师报道的所有相关临床信息，并由此提供比阳性或阴性革兰氏反应更高水平的鉴定。这种具体的分类是非常有用的，因为其通过采用自动化系统提供相当的临床相关信息消除了关于依赖革兰氏染色质量和/或技师读取涂片的技能水平的问题。更具体而言，基于这种分类模型的微生物子类可以选自以下一种或多种：(a)球菌，其是小而圆的细胞；(b)双球菌，其是结合在一起的两个小而圆的细胞；(c)棒状菌，其是矩形形状；和(d)杆菌，其具有杆状形状。这些能够通过其它形态学信息确证的子类的实例包括：(i)革兰氏阳性球菌；(ii)链状革兰氏阳性球菌；(iii)簇状革兰氏阳性球菌(即，“葡萄样”簇)；(iv)革兰氏阳性双球菌；(v)革兰氏阳性杆菌；(vi)具有内芽孢的革兰氏阳性杆菌；(vii)革兰氏阴性杆菌；(viii)革兰氏阴性球杆菌；(ix)革兰氏阴性双球菌；(x)酵母菌；和(xi)丝状真菌。

(3)治疗组：治疗组包括多种微生物物种，所述的微生物物种当从具体试样类型中分离出来时，用同类抗生素或抗生素的混合物进行处理(例如，如在“Sanford Guide to Antimicrobial Therapy 2008”中所述的)。在许多情况下，对于能够从初始的经验疗法改变至更靶向的疗法的临床医师，不需要鉴定到种水平，因为一个以上的物种可以采用相同的抗生素选择处理。这种分类水平正确地将这些“相同处理”的微生物归类到单个治疗类别。这种表征水平的实例包括区分高度耐药的肠杆菌(Enterobacteriacae)(EB)种与敏感EB种(肠杆菌属某些种(Enterobacter spp.)与大肠杆菌、或耐氟康唑的念珠菌种(光滑念珠菌(C.glabrata)和克柔念珠菌(C.kruzei))与敏感念珠菌种(白色念珠菌(C.albicans)和近平滑念珠菌(C.parapsilosis))等等的能力。

(4)功能组：根据本发明，基于代谢、毒力和/或表型特性的混合，也可以将微生物归类到几个组中。非发酵性生物体可以明确地与发酵性生物体区分开。而且，产生溶血素的微生物物种可以与非溶血性物种分别进行分组。在一些情况下，这些组表示比属水平(例如，大肠杆菌类，革兰氏阴性非发酵性杆菌)更宽泛的类别，一些在属水平(例如，肠球菌属(Enterococcus)，念珠菌属(Candida))，和一些具有更近于种水平的区分(例如，凝固酶阴性葡萄球菌，α-溶血性链球菌，β-溶血性链球菌，凝固酶阳性葡萄球菌，即金黄色葡萄球菌)。

除了测量微生物的本征性质用于鉴定目的外，本发明的方法可以进一步包含使用其它鉴定剂来辅助分离和/或鉴定方法。与特异性微生物结合的作用剂，如亲和配体，可以用于分离微生物，鉴定微生物的分类或物种(例如，通过与独特的表面蛋白或受体结合)和/或鉴别微生物的特征(例如，抗生素耐药性)。所用的鉴定剂包括但不限于单克隆和多克隆抗体及其片段(例如，用于金黄色葡萄球菌鉴定的抗-Eap)、核酸探针、抗生素(例如，青霉素、万古霉素、多粘菌素B)、适配体、肽模拟、噬菌体衍生结合蛋白、凝集素、宿主先天免疫生物标记物(急性期蛋白、LPS结合蛋白、CD14、甘露糖结合凝集素、Toll样受体)，宿主防御肽(例如，防御素、cathelicidins、proteogrins、爪蟾抗菌肽)、细菌素(bacterocins)(例如，羊毛硫抗生素(诸如乳酸链球菌肽、mersacidin、表皮素、鸡葡萄球菌素(gallidermin)和plantaricin C)，和II类肽)、细菌噬菌体和选择性用于核酸、脂质、碳水化合物、多糖、荚膜/黏液或蛋白质的染料、或其任意组合。如果作用剂自身没有给出可检测信号，则该作用剂可以诸如通过将该作用剂与基质相容性化合物轭合来进行标记以提供可检测信号。可以在本发明方法的任何步骤中，例如当获得样品时、溶胞期间、和/或分离期间将作用剂加入微生物中。在一些实施方式中，在颗粒的探询期间可以测定该物质在颗粒中的存在。其它可用的鉴定剂包括微生物酶的底物、螯合剂和有毒化合物。

在本发明的一个方面中，方法可以进一步包含回收微生物颗粒和实施另外测试的步骤。在一个实施方式中，可以通过从样品培养基和密度缓冲垫层中吸出来回收颗粒。在另一个实施方式中，可以通过将注射器插入容器并将颗粒吸出来回收颗粒，同时样品培养基和密度缓冲垫层仍保持完整。然后可以将回收的颗粒再悬浮于合适介质例如盐水中。一旦再悬浮，可以对微生物进行任何进一步所需的测试，如本领域内的技术人员公知的以及如以上所述的。具体而言，用再悬浮的微生物可以实施需要清洁微生物样品的任何测试。在一些实施方式中，可以进行另外的鉴定测试。鉴定测试的实例包括Vitek

2、扩增和非扩增核酸测试(NAT)、显色和乳胶凝集分析、免疫分析(例如，采用标记的抗体和/或其它配体)、质谱法(例如，MALDI-TOF质谱法)和/或其它光学技术诸如红外光谱法(FTIR)或拉曼光谱法。也可以进行其它表征测试，诸如抗生素和/或其它药物的耐药性。其它表征可以是在本方法的初始分离和鉴定步骤期间开始的测试的一部分。例如，耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌的检测可以通过在分离微生物之前将标记的青霉素加入样品中开始。一旦已将颗粒回收并且再悬浮，可以测定结合标记物的水平。

在本发明的一个方面中，可以使一些或所有的方法步骤自动化。使本方法的步骤自动化不仅允许更快地测试更多的样品，而且这也降低了处理可能包含有害和/或传染性的微生物的样品中的人为误差的风险。

在本发明的某些实施方式中，方法还可以用于检测检测样品中微生物的存在。在这些实施方式中，所述方法包括以下步骤：

(a)获得检测样品；

(b)可选地溶解所述检测样品中的细胞以产生溶胞样品；和

(c)使微生物与所述溶胞样品的其它组分分离以形成微生物颗粒；

其中颗粒的存在表明在检测样品中存在微生物。在一个实施方式中，使用裸眼检测颗粒。在其它实施方式中，如本文所公开的，可以将颗粒再悬浮，移出，并通过质谱法进行探询。

在一些实施方式中，检测方法能够用于监控被微生物污染的样品，例如食品、药物、饮用水等。在一个实施方式中，所述方法可以以重复模式实施用于定期监控污染，例如，每月一次，每周一次，每天一次，每小时一次或任何其它时间模式。在另一个实施方式中，可以根据需要对样品进行检测，例如，当怀疑受到污染时。在另外的实施方式中，检测方法可以用于在临床样品例如血液培养物中寻找微生物的存在。例如，在某些时间点可以将样品从血液培养基中移出并对样品实施检测方法以测定血液培养物是否是阳性的。在一个实施方式中，可以在培养物接种后的设定时间点取样，例如，接种后24h取样，以测定血液培养基是否是阳性的。在另一个实施方式中，可以定期例如，每12、6、4或2小时或每60、50、40、30、20、15、10或5分钟从血液培养物中取样，以在可检测为阳性的短时间内鉴定阳性血液培养物。在检测方法的某些实施方式中，检测步骤可以可选地在如本文中描述的鉴定方法之后进行。

在本发明的一个方面，可以使一些或所有的方法步骤自动化。使方法步骤自动化允许检测更有效地检测大量的样品并降低了在处理可能包含有害和/或传染性的微生物的样品中的人为误差的风险。然而，更重要的是，自动化能够在白天或夜晚的任何时间传递关键性的结果而无延误。一些研究已表明，更快速地鉴定导致败血症的生物体与改善患者护理，缩短住院时间并降低整个成本相关。

根据本发明，用于表征和/或鉴定微生物的方法的更多细节和描述公开在都于2009年10月30日提交的标题分别为“Method for Separation，Characterization and/or Identification of Microorganisms using Spectroscopy”和“Method for Separation，Characterization and/or Identification of Microorganismsusing Raman Spectroscopy”，序列号分别为____和____的未决美国专利申请中，将其内容结合于本文中作为参考。

在以下实施例中进一步详细说明本发明，所述实施例通过举例说明的方式提供而不是预期以任何方式限制本发明。利用本领域内众所周知的标准技术或下面具体描述的技术。

实施例

实施例1.用于通过MALDI-TOF质谱法鉴定血液培养物中的微生物的溶胞-离心方法

在低接种物水平下将微生物“接种”于含10mL人血液的BacT/ALERT

SA瓶子。在通过BacT/ALERT

3D微生物检测系统标记阳性的几分钟内将血液培养液样品从瓶子中移出。如下所示对培养液样品进行处理以从可能干扰后续分析的血液和培养基组分中将微生物分离出来：

将来自新鲜的阳性血液培养物的4.0mL培养液与2.0mL溶胞缓冲液(0.45％Brij

97在0.3M CAPS，pH 11.7中)合并，涡旋混合5秒并随后在37℃的水浴中孵育90秒。孵育后，在4个1.5mL尖底离心管的每一个中将0.95mL溶胞产物铺层于0.5mL密度缓冲垫层(14％w/v碘海醇，0.005％Pluronic F-108在10mM Hepes，pH 7.4中)的顶部。然后将所有四个管以10000g在25℃下离心2分钟以通过密度缓冲垫层沉降(粒化)微生物。溶胞血液和培养基仍保留在缓冲垫层的上方。

当完成离心周期时，除去上清液并将每一个管中的沉降(粒化)的微生物用10μL纯水再悬浮。将所有四个管的再悬浮微生物汇集到干净的管中并轻轻地混合。然后调节每一个处理的试样的体积以使最终悬浮液在660nm的光密度(A₆₆₀)等于20/cm。将处理的试样在2～8℃下储存用于当天测试，或者将其等分并冷冻于-70℃下用于在以后日期中测试。

实施例2.通过MALDI-TOF MS分析采用溶胞-离心法从阳性血液培养物中处理的微生物试样

将根据实施例1的程序处理的试样在37℃下迅速解冻(如果先前实施了冷冻)，轻轻地混合，然后在纯水中稀释至使用强度(1∶4、1∶8和1∶16)。以二重复制将每种稀释试样各1.0μL施用于MALDI-TOF靶板上。向每种二重复制中的一份中加入1.0μL 50％甲酸。允许所有施用的试样在环境温度下干燥，然后施用1.0μL的基质溶液。基质由Alpha-Cyano(α-氰基-4-羟基肉桂酸溶液，AnagnosTec GmbH，德国)和DHB(2，5-二羟基苯甲酸，AnagnosTecGmbH，德国)的50∶50混合物组成。

为了进行比较，使对应的微生物分离物生长在适合于该物种的琼脂培养基上，并以二重复制直接涂抹于MALDI-TOF靶板上。将在二重复制的涂覆点之一上的微生物用1.0μL纯水，接着用1.0μL 50％甲酸在原位再悬浮。允许来自给定的分离物的两个涂覆点干燥，然后向每一个涂覆点加入1.0μL的基质混合物。

在所有微生物试样都完全干燥之后，在Axima Assurance MALDI-TOF质谱仪(Shimadzu Biotech North America，Maryland)上对每个试样在2,000-34,000的质/荷范围内获得MALDI-TOF质谱图。

从阳性血液培养物中回收的所选微生物的代表性质谱图在图1～3中示出。为了清楚起见将图中的质/荷比范围减少，但是对于所有质量范围都保持这些图中举例说明的相同发现。

图1显示了对于四个物种的每一种，从为清楚例证而平均化的5种临床分离物的接种血液培养物中处理的微生物的谱图。在给定质/荷比处有峰或无峰的显著差异是显而易见的并且对这些生物体是特征性的。对于所有谱图没有共同的质/荷峰，这表明在根据本发明处理之后由于血液或培养基的遗留，使潜在掩蔽的质量如果存在，也只会存在极少。

图2显示了图1中平均化所示的金黄色葡萄球菌分离物的5个单独的质谱图。这5个谱图显示了，在不同临床分离物之间，甚至在生长于具有不同血液供体的不同血液培养基中时，这种微生物的质谱图的一致性。

图3显示了与从在琼脂培养基(具有5％绵羊血液的胰酶大豆琼脂，bioMérieux Inc.)上生长的菌落直接采样的相同5种分离物的谱图相比，图1中所示的5种大肠杆菌分离物的平均谱图。质谱图的相似性表明，血液培养物的处理有效地除去了不是微生物来源的物质，同时保留了微生物特异性的那些质量。

实施例3.通过MALDI-TOF MS和商购可获得的微生物鉴定数据库鉴定采用溶胞-离心法从阳性血液培养物中处理的微生物试样

按照实施例1和实施例2的描述对123种微生物分离物进行生长、处理和质量分析。这些微生物包含在临床血液培养基中通常检测到的14种细菌和酵母菌。

在每个质谱图获得之后，将质量峰的表格输入到“Saramis”微生物鉴定软件(AnagnosTec GmbH，德国)中进行分析。该软件是基于琼脂生长的微生物收集的MALDI-TOF质谱数据库构建的。

表1表明，平行来自相同种菌培养的生长在血液培养基和琼脂培养基上的所有分离物的结果。表1中的结果是对所有培养物列表的，虽然对于一些分离物在最终悬浮液中的细胞浓度低于实施例1中指定的目标浓度。在其中细胞浓度低于目标值20％的情况下，将那些分离物从列表中移出并将其余分离物的结果汇编于表2中。实际上，低细胞数培养物可以通过降低颗粒再悬浮液体积或通过处理更大体积的培养液进行补偿。

表1和表2中的“精确到种”栏是指分离物的数量，其中将来自给定分离物的一组目标涂覆点的至少一个通常是多个谱图正确地鉴定为单一物种或两个至三个紧密相关的物种，置信水平是至少90％。同样，如果谱图匹配数据库，到正确的属或科达到至少90％的置信度，但是没有物种指示，则分离物被认为正确地鉴定到属或科水平。“无/错误ID”栏是产生一般对于适当ID质量太低的质谱，导致不可靠的鉴定或罕见地导致错误鉴定的分离物。对于本研究这些标准被认为是合理的，但是该软件容许技术用户为了个体需要而自由设定合适的鉴定置信度标准。

采用本发明对微生物鉴定的成功率，精确到种水平将近95％，明显优于采用以前已知的处理方法实施的既往研究，在既往研究中已报道正确鉴定＜76％(参见，例如，MAIER，T.等，“Rapid Identification of Bacteria from BloodCultures Using MALDI-TOF MS”，Poster ICAAC 48^th Annual Meeting，2008；还参见，例如，Drake等，“MALDI-TOF Mass Spectrometry Based Identificationof Clinically Important Microorganisms”，ASMS Poster，Philadelphia 2009)。许多数学模型或谱图数据库都可以用于鉴定血液培养物中的微生物，但是这些采用商业数据库的结果最好表明通过本发明处理的血液培养基的微生物无污染物质量峰从而足以匹配来自“纯”菌落的琼脂生长的谱图数据库。

表1：所有分离物

	精确到种	精确到属/科	无/错误ID	N
					血液培养物	112(91.1％)	116(94.3％)	7(5.7％)	123
琼脂上的菌落	113(91.9％)	118(95.9％)	5(4.1％)	123

表2：满足细胞质量标准的分离物

	精确到种	精确到属/种类	无/错误ID	N
					血液培养物	108(94.7％)	112(98.2％)	2(1.8％)	114
琼脂上的菌落	104(91.2％)	109(95.6％)	5(4.4％)	114

前述实施例举例说明了本发明，而不能解释为限制本发明。本发明通过以下权利要求以及包含在本文中的权利要求的等价体进行限定。所有出版物、专利申请、专利、专利出版物以及本文中引证的任何其它文献都以其全文结合于本文中用于与出现该文献的句子和/或段落相关的教导。

Claims

1.一种从检测样品中表征和/或鉴定微生物的方法，包括：

(a)获得已知包含或可能包含微生物的检测样品；

(c)将微生物与所述溶胞样品的其它组分分离以形成所述微生物的离析的样品；

2.根据权利要求1所述的方法，其中将来自步骤(c)的所述离析的微生物样品的至少一部分回收并且在所述探询步骤(d)之前置于载体底物上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)中的分离方式是离心。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)中的分离方式是过滤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述探询步骤(d)之前的分离期间，将来自步骤(c)的所述离析的微生物样品的至少一部分直接沉积于载体底物上。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述质谱法选自由MALDI-TOF质谱法、解吸电喷雾电离(DESI)质谱法、GC质谱法、LC质谱法、电喷雾电离(ESI)质谱法和选择离子流量管(SIFT)质谱法组成的组。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于一种或多种表型和/或形态学特征对所述微生物进行表征。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述微生物表征到一种或多种分类模型上，所述分类模型选自由革兰氏组、临床革兰氏组、治疗组和功能组组成的组。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述微生物鉴定到属水平、种水平或菌株水平。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择性溶胞步骤(b)采用含有一种或多种清洁剂的溶胞溶液进行。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种清洁剂选自由TritonX-100、Triton

X-100-R、Triton

X-114、NP-40、Genapol

C-100、GenapolX-100、Igepal

CA 630、Arlasolve^TM200、Brij96/97、CHAPS、辛基β-D-吡喃葡萄糖苷、皂苷、单十二烷基九乙二醇醚(C12E9，聚多卡醇(polidocenol))、十二烷基硫酸钠、N-月桂酰肌氨酸、脱氧胆酸钠、胆汁盐类、十六烷基三甲基溴化铵、SB3-10、SB3-12、氨基磺基甜菜碱-14(amidosulfobetaine-14)、C7BzO、Brij