JP6018808B2 - Microorganism test method and test system - Google Patents

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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
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Description

本発明は、微生物検査方法および微生物検査システムに関する。   The present invention relates to a microorganism testing method and a microorganism testing system.

微生物によって引き起こされるヒトおよび動物への感染症は、健康管理および医療、あるいは畜産などにおいて常に大きな問題となっている。ヒトの医療の場合、微生物による感染症を治療するために患者への薬剤投与が行われる。投与する薬剤を決めるためには原因微生物種と原因微生物の薬剤に対する感受性という2つの情報が必要である。したがって、臨床における微生物検査では同定試験と薬剤感受性試験の2つの検査が行われる。患者の治療を考えた場合、少しでも早く検査結果を得て治療を行う必要があるが、主に培養に要する時間が律速となって、臨床検体の受取りから一次培養(微生物の分離培養工程)、二次培養(生化学性状試験による同定や、薬剤に対する感受性試験)を経て、検査結果を得るまでに2〜3日を要している。   Infections to humans and animals caused by microorganisms are always a major problem in health care and medical care or livestock. In the case of human medicine, a drug is administered to a patient to treat an infection caused by a microorganism. To determine the drug to be administered, two types of information are required: the causative microorganism species and the sensitivity of the causative microorganism to the drug. Therefore, in the clinical microbial test, two tests, an identification test and a drug sensitivity test, are performed. When considering the treatment of patients, it is necessary to obtain the test results as soon as possible, but mainly the time required for culture becomes the rate limit, and the primary culture from the reception of clinical specimens (microbe separation and culture process) It takes 2-3 days to obtain the test result after secondary culture (identification by biochemical property test and sensitivity test for drugs).

生化学性状試験では、各微生物種に特徴的な代謝反応に関して、それぞれの反応活性を検出することによって微生物種を同定する。しかし、一般的に使用されている光学的測定法は感度が低く、同定までに6〜7時間を要し、菌種によってはさらに長時間の培養が必要な場合もある。近年、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法飛行時間型(Matrix Assisted Laser Desorption/ Ionization-Time of Flight:MALDI-TOF)質量分析装置を用いて、微生物に含まれるメジャーなタンパク質(例えばリボソームタンパク質)に由来する質量分析のスペクトルパターンによって微生物種を同定する方法が利用されている。同定試験のための二次培養を必要としないので、作業時間は30分以内である。しかし、この方法では薬剤感受性に関する情報は得られない。   In the biochemical property test, a microbial species is identified by detecting each reaction activity with respect to a metabolic reaction characteristic of each microbial species. However, generally used optical measurement methods have low sensitivity, and it takes 6 to 7 hours to identify them. Depending on the bacterial species, a longer culture time may be required. In recent years, Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF) mass spectrometer is used to derive from major proteins (eg, ribosomal proteins) contained in microorganisms A method of identifying a microbial species by a spectral pattern of mass spectrometry is used. The working time is within 30 minutes because no secondary culture is required for the identification test. However, this method does not provide information on drug sensitivity.

微生物検査や微生物学実験において微生物の増殖を代謝に基づいて検出する方法として、培養液のpH変化や呼吸によって生成されるCO2の濃度を測定する方法がある(特許文献1)。これに関しても、pH変化、またはCO2による圧力や赤外線吸収の変化を検出するには、長時間の培養が必要である。また、pHの変化またはCO2の生成だけでは、得られる情報が少ない。 As a method for detecting the growth of microorganisms based on metabolism in a microbiological examination or microbiological experiment, there is a method of measuring the concentration of CO 2 produced by pH change or respiration of a culture solution (Patent Document 1). Also in this regard, long-term culture is required to detect changes in pH, or changes in pressure or infrared absorption due to CO 2 . In addition, only a change in pH or the production of CO 2 provides little information.

薬剤感受性試験では、薬剤存在下で微生物の増殖をモニターすることによって各種薬剤に対する微生物の感受性を試験している。薬剤感受性試験には、主に拡散法と希釈法の2つがある。例えば、日本化学療法学会の定める細菌の薬剤感受性試験の標準法では、ミューラー・ヒントン培地を用いて薬剤の2倍希釈系列(0.06〜128μg/mL)を調製し、96ウェルプレートに分注し、各ウェルに菌体濃度が5×105 CFU/mLとなるように細菌を植え、35±1℃にて18〜24時間の培養を行う。培養後、各ウェルにおける細菌の増殖を培地の濁度によって目視で判定し、細菌の増殖が見られなかったウェルのうちで、薬剤濃度が最も低いものについて、その濃度を最小発育阻止濃度(Minimum Inhibitory Concentration:MIC)とする。細菌検査自動化装置では、液体希釈法を微量化した方法が採用されているが、結果が得られるまでに少なくとも8時間程度を要する。また、薬剤耐性に関与する遺伝子の配列を解読することによって微生物の薬剤感受性試験を行う試みがなされている。ただし、この手法では二次培養が不要であるというメリットがあるものの、既知の薬剤耐性は検出できるが、未知の薬剤耐性は、関与する遺伝子が分かっていないために検出できないという課題がある。さらに、薬剤耐性に関する情報は得ることができても、どの薬剤がどの濃度で増殖抑制効果を示すかという、薬剤感受性に関する情報は得られない。 In the drug sensitivity test, the sensitivity of microorganisms to various drugs is tested by monitoring the growth of microorganisms in the presence of the drug. There are two main drug susceptibility tests: diffusion and dilution. For example, in the standard method for bacterial drug susceptibility testing established by the Japanese Chemotherapy Society, a 2-fold dilution series (0.06-128 μg / mL) of a drug is prepared using Mueller-Hinton medium, and dispensed into a 96-well plate. Bacteria are planted in each well so that the bacterial cell concentration is 5 × 10 5 CFU / mL, and cultured at 35 ± 1 ° C. for 18 to 24 hours. After incubation, the growth of bacteria in each well was visually determined by the turbidity of the medium. Among the wells in which no bacterial growth was observed, the concentration of the lowest drug concentration was determined as the minimum inhibitory concentration (Minimum Inhibitory Concentration (MIC). Although the method for minimizing the liquid dilution method is adopted in the automated bacteria test apparatus, it takes at least about 8 hours until a result is obtained. Attempts have also been made to conduct drug susceptibility testing of microorganisms by decoding the sequences of genes involved in drug resistance. However, although this method has the merit that secondary culture is not required, known drug resistance can be detected, but unknown drug resistance cannot be detected because the gene involved is unknown. Furthermore, even though information on drug resistance can be obtained, information on drug sensitivity such as which drug shows the growth inhibitory effect at which concentration cannot be obtained.

特許第3010565号Patent No. 3010565

上述の通り、従来の微生物検査では、細菌や真菌などの微生物の増殖を、培養液の濁度変化を目視や光学的手法で判定する方法や、培養液のpH変化などで判定する方法などを利用しており、検査結果を得るまでに微生物の十分な増殖が必要とされている。そのためには半日〜1日の培養が必要であるが、微生物種によってはさらに長時間の培養が必要な場合もある。特に、薬剤感受性試験に関しては、迅速化の決め手となる技術がない状態であり、培養時間の短縮による迅速化が求められている。また、微生物同定試験と薬剤感受性試験とは別々に行われており、時間と手間とを要している。   As described above, in conventional microbiological tests, there are methods for judging the growth of microorganisms such as bacteria and fungi by visually and optically determining the turbidity change of the culture solution, and by determining the pH change of the culture solution, etc. It is used, and sufficient growth of microorganisms is required before obtaining a test result. For this purpose, half-day to one-day culture is required, but depending on the microorganism species, further longer culture may be required. In particular, regarding the drug sensitivity test, there is no technology that becomes the decisive factor for speeding up, and speeding up by shortening the culture time is required. Moreover, the microorganism identification test and the drug sensitivity test are performed separately, and time and labor are required.

そこで本発明は、迅速に微生物を検査するための方法およびシステムを提供する。また例えば、微生物の種や、薬剤感受性などについての詳細な情報を得るための方法およびシステムを提供する。   Thus, the present invention provides a method and system for rapidly testing microorganisms. Also provided are methods and systems for obtaining detailed information about, for example, microbial species and drug susceptibility.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の方法およびシステムを採用する。具体的には、本発明は、薬剤および/または代謝基質を添加した培地において微生物を培養し、該培地に含まれる該微生物が生成し細胞外に排出した代謝産物に対して質量分析を行い、該質量分析により決定した該代謝産物の種類および量に基づいて、該微生物の種類を同定する、あるいは該薬剤および/または代謝基質の該微生物に与える影響を判定することを特徴とする微生物検査方法に関する。また本発明は、薬剤および/または代謝基質が添加された培地を含む、微生物を培養するための培養容器を備えた培養部と、前記培地の成分を分析するための質量分析装置と、前記質量分析装置により決定した前記培地中の前記微生物に由来する代謝産物の種類および量に基づいて、前記微生物の種類を同定する、あるいは前記薬剤および/または代謝基質の前記微生物に与える影響を判定する解析部とを備えることを特徴とする微生物検査システムに関する。   In order to solve the above problems, for example, the method and system described in the claims are adopted. Specifically, the present invention cultivates a microorganism in a medium to which a drug and / or a metabolic substrate is added, performs mass spectrometry on a metabolite produced by the microorganism contained in the medium and discharged outside the cell, A microorganism testing method characterized by identifying the type of the microorganism based on the type and amount of the metabolite determined by the mass spectrometry, or determining the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism About. The present invention also includes a culture unit including a culture vessel for culturing microorganisms, including a medium to which a drug and / or a metabolic substrate is added, a mass spectrometer for analyzing components of the medium, and the mass Analysis for identifying the type of the microorganism or determining the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism based on the type and amount of the metabolite derived from the microorganism in the medium determined by the analyzer And a microorganism testing system.

本発明により、迅速な微生物検査を行うための方法およびシステムが提供される。例えば、薬剤感受性試験では、微生物培養液中の代謝産物を、質量分析法によって検出し、微生物の代謝と増殖を高感度で検出し、短時間の培養でかつ高感度に薬剤の効果を判定することが可能である。また例えば、微生物細胞内の代謝産物を測定するのではなく、培地中の成分を測定するので、細胞の破砕などの処理工程を省略し、迅速に測定を行うことが可能である。さらに、本発明では、薬剤感受性試験と同時に微生物同定試験を行い、薬剤感受性に関する情報とともに、微生物種に関する情報も提供する。   The present invention provides a method and system for rapid microbial testing. For example, in drug sensitivity tests, metabolites in microbial cultures are detected by mass spectrometry, metabolism and growth of microorganisms are detected with high sensitivity, and the effects of drugs are determined with high sensitivity in a short period of culture. It is possible. Further, for example, since the components in the medium are measured instead of measuring the metabolites in the microbial cells, it is possible to omit the processing steps such as cell disruption and perform the measurement quickly. Furthermore, in the present invention, a microorganism identification test is performed simultaneously with the drug sensitivity test, and information on the microorganism species is provided together with information on the drug sensitivity.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.

微生物検査方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of a microbe inspection method. 微生物検査システムの一例を示す概略図である。It is a schematic diagram showing an example of a microbe inspection system. 微生物検査システムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of a microbe test | inspection system. 大腸菌におけるクロラムフェニコール濃度による増殖および培地中のピルビン酸濃度・乳酸濃度への影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence on the growth by the chloramphenicol density | concentration in colon_bacillus | E._coli, and the pyruvate density | concentration and lactic acid density | concentration in a culture medium. 黄色ブドウ球菌におけるアンピシリン濃度による増殖および培地中のピルビン酸濃度・乳酸濃度への影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence on the growth by the concentration of ampicillin in Staphylococcus aureus, and the pyruvic acid concentration and lactic acid concentration in a culture medium. 薬剤感受性試験における結果判定プロトコールの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the result determination protocol in a drug sensitivity test. 薬剤感受性試験の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of a drug sensitivity test. 薬剤感受性試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a drug sensitivity test. 薬剤感受性試験の結果表示画面のインターフェース図である。It is an interface figure of the result display screen of a drug sensitivity test. 安定同位体標識13C6グルコースを用いた大腸菌培養における、培地中のピルビン酸濃度・乳酸濃度の経時変化を示すグラフである。In E. coli culture using a stable isotope-labeled 13 C 6 glucose is a graph showing the time course of pyruvate concentration, lactate concentration in the medium. 大腸菌における糖基質代謝による質量分析スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the mass spectrometry spectrum by sugar substrate metabolism in colon_bacillus | E._coli. 黄色ブドウ球菌における糖基質代謝による質量分析スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the mass spectrometry spectrum by sugar substrate metabolism in S. aureus. 大腸菌および黄色ブドウ球菌における糖基質代謝パターンを表示するインターフェース図である。It is an interface figure which displays the sugar substrate metabolism pattern in colon_bacillus | E._coli and Staphylococcus aureus.

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、後述するシステム構成や処理動作の内容は一例であり、実施の形態と既知の技術との組み合わせや置換により実現することができる様々な形態も、本発明の形態に含まれる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the contents of the system configuration and processing operation described below are merely examples, and various forms that can be realized by combining or replacing the embodiments with known techniques are also included in the forms of the present invention.

微生物種によって棲息する環境は多様であり、それに応じて培養条件や代謝が異なっている。その中で、多くの微生物種に共通する基本的な代謝経路として、グルコース代謝系を挙げることができる。グルコース代謝系は、エネルギー代謝および中間代謝の中心経路で、解糖系とクエン酸回路、それに続く電子伝達系における酸化的リン酸化経路から成り立っている。解糖系は、多くの細胞に共通した代謝経路であり、細胞内に取り込んだグルコース1分子からピルビン酸2分子が合成される。その際にエネルギーとしてアデノシン三リン酸(adenosine triphosphate:ATP)2分子が産生される。解糖系によって生じたピルビン酸は、さらに代謝されて、嫌気的条件下ではアルコール発酵によりエタノールや嫌気的解糖により乳酸になる。一方、好気的条件下ではピルビン酸からアセチルCoAを経てクエン酸回路に入り、その後の電子伝達系の酸化的リン酸化経路では、さらにグルコース1分子あたり30分子のATPが産生される。グルコース代謝系は、微生物のエネルギー代謝の中心であると同時に、物質代謝でも重要な役割を担っている。   The environment inhabited by microbial species varies, and culture conditions and metabolism differ accordingly. Among them, a glucose metabolic system can be mentioned as a basic metabolic pathway common to many microbial species. The glucose metabolic system is a central pathway of energy metabolism and intermediary metabolism, and consists of a glycolysis system and a citrate cycle, followed by an oxidative phosphorylation pathway in an electron transport system. The glycolytic system is a metabolic pathway common to many cells, and two pyruvate molecules are synthesized from one glucose molecule taken into the cell. At that time, 2 molecules of adenosine triphosphate (ATP) are produced as energy. The pyruvic acid produced by the glycolysis is further metabolized and becomes lactic acid by ethanol or anaerobic glycolysis by alcohol fermentation under anaerobic conditions. On the other hand, under aerobic conditions, pyruvate enters the citrate cycle via acetyl-CoA, and in the subsequent oxidative phosphorylation pathway of the electron transport system, 30 molecules of ATP are produced per glucose molecule. The glucose metabolism system is not only the center of energy metabolism of microorganisms, but also plays an important role in substance metabolism.

したがって、グルコース代謝系は微生物の代謝活性の指標となり、その活性を測定することによって細胞分裂による増殖を検出することが可能である。従来技術では、代謝産物そのものを測定するのではなく、代謝産物によって生じる培養液のpH変化や濁度の変化、または呼吸によって生じるCO2産生を検出していた。本発明では、代謝産物そのものを質量分析することによって、迅速かつ高感度な検査を可能とし、微生物種の同定や、薬剤が微生物に及ぼす影響などについて、詳細な情報を得ることができる。 Therefore, the glucose metabolic system serves as an indicator of the metabolic activity of microorganisms, and it is possible to detect proliferation due to cell division by measuring the activity. In the prior art, the metabolite itself is not measured, but the change in pH or turbidity of the culture medium caused by the metabolite, or CO 2 production caused by respiration is detected. In the present invention, mass spectrometry of the metabolite itself enables rapid and highly sensitive examination, and detailed information on the identification of microbial species, the influence of drugs on microorganisms, and the like can be obtained.

本発明では、微生物細胞内の代謝産物ではなく、細胞外に排出され、培地中に蓄積する代謝産物を測定する。微生物細胞内の代謝産物や細胞の構成成分の質量分析法による測定は、研究目的を始めとして広く行われているが、そのためには細胞を破砕するような処理が必要となる。細胞の破砕には、酵素処理によるもの、界面活性剤処理によるもの、超音波や圧力などの機械的な処理によるもの、凍結融解によるものなどがある。いずれの方法にしろ、細胞を破砕するための操作や機器が必要となり、検査のための時間や工程を増やすことになる。また、酵素処理や界面活性剤による処理の場合、処理のために加えた酵素や界面活性剤が、その後の質量分析法による代謝産物の分析の妨げになる可能性がある。さらに、細胞破砕の程度によって菌体内の成分の抽出効率に違いが生じる。したがって、微生物細胞内の代謝産物ではなく、培養液の培地中に排出された代謝産物を測定することは、検査方法の迅速化と簡便化につながる。   In the present invention, not a metabolite in a microbial cell but a metabolite excreted extracellularly and accumulated in a medium is measured. Measurement of metabolites and constituent components of microorganism cells by mass spectrometry is widely performed for research purposes and the like, but for that purpose, treatment for disrupting the cells is required. Cell disruption includes enzyme treatment, surfactant treatment, mechanical treatment such as ultrasound and pressure, and freeze-thawing. In any method, operations and equipment for crushing cells are required, which increases the time and process for inspection. In addition, in the case of enzyme treatment or treatment with a surfactant, the enzyme or surfactant added for the treatment may hinder subsequent analysis of metabolites by mass spectrometry. Furthermore, the extraction efficiency of the components in the cells varies depending on the degree of cell disruption. Therefore, measuring the metabolite excreted in the medium of the culture solution, not the metabolite in the microbial cell, leads to rapid and simple testing methods.

従って、本発明に係る微生物検査方法では、
薬剤および/または代謝基質を添加した培地において微生物を培養し、
該培地に含まれる該微生物が生成し細胞外に排出した代謝産物に対して質量分析を行い、
該質量分析により決定した該代謝産物の種類および量に基づいて、該微生物の種類を同定する。
Therefore, in the microorganism testing method according to the present invention,
Culturing microorganisms in a medium supplemented with drugs and / or metabolic substrates;
Performing mass spectrometry on metabolites produced by the microorganisms contained in the medium and excreted extracellularly;
The type of the microorganism is identified based on the type and amount of the metabolite determined by the mass spectrometry.

また、本発明に係る微生物検査方法では、
薬剤および/または代謝基質を添加した培地において微生物を培養し、
該培地に含まれる該微生物が生成し細胞外に排出した代謝産物に対して質量分析を行い、
該質量分析により決定した該代謝産物の種類および量に基づいて、該薬剤および/または代謝基質の該微生物に与える影響を判定する。
Moreover, in the microorganism testing method according to the present invention,
Culturing microorganisms in a medium supplemented with drugs and / or metabolic substrates;
Performing mass spectrometry on metabolites produced by the microorganisms contained in the medium and excreted extracellularly;
Based on the type and amount of the metabolite determined by the mass spectrometry, the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism is determined.

本発明において検査の対象となるのは、細菌および真菌からなる微生物全般であるが、特に、病院の検査室などで検査対象となる病原性細菌や病原性真菌などの微生物である。病原性細菌には、ブドウ球菌属(Staphylococcus)(具体例として、黄色ブドウ球菌、表皮ブドウ球菌)、ミクロコッカス属(Micrococcus)、レンサ球菌属(Streptococcus)(具体例として、化膿性レンサ球菌、肺炎球菌)、エンテロコッカス属(Enterococcus)(具体例として、エンテロコッカス・フェシウム、エンテロコッカス・フェカリス)、ナイセリア属(Neisseria)(具体例として、りん菌、髄膜炎菌)、モラクセラ属(Moraxella)、大腸菌属(Escherichia)(具体例として、大腸菌)、赤痢菌属(Shigella)(具体例として、赤痢菌)、サルモネラ属(Salmonella)(具体例として、チフス菌、パラチフスA菌、腸炎菌)、シトロバクター属(Citrobacter)、クレブシエラ属(Klebsiella)(具体例として、肺炎桿菌)、エンテロバクター属(Enterobacter)、セラチア属(Serratia)(具体例として、セラチア・マルセッセンス)、プロテウス属(Proteus)、プロビデンシア属(Providencia)、モルガネラ属(Morganella)、エルシニア属(Yersinia)(具体例として、ペスト菌)、ビブリオ属(Vibrio)(具体例として、コレラ菌、腸炎ビブリオ、ビブリオ・バルニフィカス、ビブリオ・ミミカス)、エロモナス属(Aeromonas)、シュードモナス属(Pseudomonas)(具体例として、緑膿菌)、アシネトバクター属(Acinetobacter)(具体例として、アシネトバクター・バウマニイ)、アルカリゲネス属(Alcaligenes)、アグロバクテリウム属(Agrobacterium)、フラボバクテリウム属(Flavobacterium)、ヘモフィルス属(Haemophilus)(具体例として、インフルエンザ菌)、パスツレラ属(Pasteurella)、フランシセラ属(Francisella)、ボルデテラ属(Bordetella)(具体例として、百日咳菌)、エイケネラ属(Eikenella)、ブルセラ属(Brucella)、ストレプトバチラス属(Streptobacillus)、アクチノバチラス属(Actinobacillus)、レジオネラ属(Legionella)(具体例として、レジオネラ・ニューモフィラ)、バシラス属(Bacillus)(具体例として、炭疽菌、セレウス菌)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)(具体例として、ジフテリア菌)、ラクトバシラス属(Lactobacillus)、リステリア属(Listeria)、エリジペロスリックス属(Erysipelothrix)、ノカルジア属(Nocardia)、放線菌属(Actinomyces)、クロストリジウム属(Clostridium)(具体例として、クロストリジウム・パーフリンジェンス)、バクテロイデス属(Bacteroides)(具体例として、バクテロイデス・フラジリス)、フソバクテリウム属(Fusobacterium)、マイコバクテリウム属(Mycobacterium)(具体例として、結核菌)、カンピロバクター属(Campylobacter)、ヘリコバクター属(Helicobacter)(具体例として、ピロリ菌)、スピリルム属(Spirillum)、トレポネーマ属(Treponema)、ボレリア属(Borrelia)、レプトスピラ属(Leptospira)、マイコプラズマ属(Mycoplasma)(具体例として、肺炎マイコプラズマ)などの細菌が含まれるが、これら以外の微生物も検査対象となりうる。   In the present invention, all the microorganisms composed of bacteria and fungi are to be tested, but in particular, microorganisms such as pathogenic bacteria and pathogenic fungi that are to be tested in a hospital laboratory or the like. Pathogenic bacteria include Staphylococcus (specific examples: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis), Micrococcus (Streptococcus) (specific examples: Streptococcus pyogenes, Pneumonia Cocci), Enterococcus (specific examples: Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis), Neisseria (specific examples: Phosphorus, Neisseria meningitidis), Moraxella, Escherichia ( Escherichia (specifically, E. coli), Shigella (specifically, Shigella), Salmonella (specifically, Salmonella typhi, Paratyphi A, Enterococcus), Citrobacter ( Citrobacter), Klebsiella (specifically, Klebsiella pneumoniae), Enterobacter, Serratia (Serratia) (specifically, Serratia marcescens), Proteus (Proteus), Providencia, Morganella, Yersinia (specifically, Plasmodium), Vibrio (Specific examples include Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio vulnificus, Vibrio mimicus), Aeromonas, Pseudomonas (specifically, Pseudomonas), Acinetobacter (specifical) , Acinetobacter baumannii), Alcaligenes, Agrobacterium, Flavobacterium, Haemophilus (specifically, Haemophilus), Pasteurella, Francisella (Francisella), Bordetella (Bordetella) (specifically, Bordetella pertussis), Eikenella, Brucella, Streptobacillus, Actinobacillus, Legionella (specific examples Legionella Pneumophila), Bacillus (specific examples: Bacillus anthracis, Bacillus cereus), Corynebacterium (specific examples: Diphtheria), Lactobacillus, Listeria, Eri Erysipelothrix, Nocardia, Actinomyces, Clostridium (specifically, Clostridium perfringens), Bacteroides (specifically, Bacteroides) Fraziris, Fusobacte rium), Mycobacterium (specifically, tuberculosis), Campylobacter, Helicobacter (specifically, Helicobacter), Spirillum, Treponema Bacteria such as Borrelia, Leptospira, and Mycoplasma (specifically, Mycoplasma pneumonia) are included, but microorganisms other than these can also be tested.

検査対象の微生物は、検査を実施する前にサンプルから分離培養して準備することができる。あるいは、検査時にはその種が具体的に同定されておらず、分離培養することが困難なこともあるため、検査対象の微生物は、サンプルそのものであってもよい。そのようなサンプルは、微生物を含有するまたは含有することが疑われるサンプルであれば任意のサンプルとすることができる。例えば、サンプルには、生体(例えばヒト)に由来する生体サンプル、例として血液、喀痰、組織、細胞などのサンプル、および環境由来のサンプル、例として海水、河川水、工業用水、土壌などのサンプルが挙げられる。液体サンプルは、そのまま、または溶媒で希釈もしくは濃縮して使用することができる。固体サンプルは、溶媒に懸濁するか、粉砕機などによりホモジナイズするか、あるいは溶媒と共に攪拌して得られる上清を使用してもよい。サンプルからの微生物の分離培養は、当技術分野で公知の方法に従って行うことができる。   The microorganism to be examined can be prepared by separating and culturing from a sample before carrying out the examination. Alternatively, since the species is not specifically identified at the time of testing and it may be difficult to separate and culture, the microorganism to be tested may be the sample itself. Such a sample can be any sample that contains or is suspected of containing microorganisms. For example, the sample includes a biological sample derived from a living body (for example, human), such as a sample of blood, sputum, tissue, cells, etc., and a sample derived from the environment, such as a sample of seawater, river water, industrial water, soil, etc. Is mentioned. The liquid sample can be used as it is, or diluted or concentrated with a solvent. The solid sample may be suspended in a solvent, homogenized by a pulverizer or the like, or a supernatant obtained by stirring with a solvent may be used. Separation culture of microorganisms from a sample can be performed according to a method known in the art.

本発明においては、培地に、薬剤および/または代謝基質を添加する。使用する培地は、検査対象の微生物の種類やサンプルの種類に応じて、適当な培地を選択することができる。例えば、天然成分を含む培地(ミューラー・ヒントン培地、LB培地、血液培地など)、化学合成培地(LeMaster培地、M9培地など)、化学合成培地に天然成分を添加した半合成培地などを用いることが可能である。質量分析法による測定のためには培地成分が完全に分かっており、イオン化を妨げるような夾雑物が少ない化学合成培地が望ましい。ただし、微生物の種によっては増殖のために天然成分を必要とする場合があるので、その場合には、化学合成培地に微生物の増殖のために必要最小限の天然成分を添加した半合成培地を使用する。   In the present invention, drugs and / or metabolic substrates are added to the medium. As the medium to be used, an appropriate medium can be selected according to the type of microorganism to be examined and the type of sample. For example, a medium containing a natural component (Mueller-Hinton medium, LB medium, blood medium, etc.), a chemically synthesized medium (LeMaster medium, M9 medium, etc.), a semi-synthetic medium with a natural component added to a chemically synthesized medium, or the like may be used. Is possible. For measurement by mass spectrometry, a chemically synthesized medium having completely known medium components and few impurities that prevent ionization is desirable. However, natural components may be required for growth depending on the species of the microorganism.In this case, a semi-synthetic medium in which the minimum natural components necessary for the growth of microorganisms are added to the chemically synthesized medium is used. use.

本発明において検査の対象とする薬剤(被検薬剤)は、主として臨床で用いられる抗菌作用を持つ抗菌薬・抗生物質である。抗菌薬および抗生物質には、ペニシリン系(penicillins)、セフェム系(cephems)、セファロスポリン系(cephalosporins)、セファマイシン系(cephamycins)、経口セフェム系、オキサセフェム系(oxacephems)、ペネム系(penems)、カルバペネム系(carbapenems)、カルバセフェム系(carbacephems)、モノバクタム系(monobactams)、β-ラクタマーゼ阻害薬(β-lactamase inhibitors)、アミノグリコシド系(aminoglycosides)、マクロライド系(macrolides)、ケトライド系(ketolides)、ストレプトグラミン系(streptogramins)、リンコマイシン系(lincomycins)、テトラサイクリン系(tetracyclines)、クロラムフェニコール系(chloramphenicols)、オキサゾリジノン系(oxazolidinones)、ポリペプチド系(polypeptides)、グリコペプチド系(glycopeptides)、キノロン系(quinolones)、サルファ剤、抗結核薬、抗真菌薬などの薬剤が含まれるが、これら以外の薬剤も検査対象となりうる。   The drug (test drug) to be examined in the present invention is an antibacterial drug / antibiotic substance having an antibacterial action mainly used clinically. Antibacterials and antibiotics include penicillins, cephems, cephalosporins, cephamycins, oral cephems, oxacephems, penems ), Carbapenems, carbacephems, monobactams, β-lactamase inhibitors, aminoglycosides, macrolides, ketolides ), Streptogramins, lincomycins, tetracyclines, chloramphenicols, oxazolidinones, polypeptides, glycopeptides , Quinolones, sulfa Drugs such as drugs, antituberculosis drugs, and antifungal drugs are included, but drugs other than these can also be tested.

被検薬剤は、1種類を使用してもよいし、複数種類を組み合わせて使用してもよい。また、被検薬剤は、単一の添加量/濃度で培地を準備してもよいし、それぞれ異なる添加量/濃度で培地に添加し、複数の培地を準備してもよい。異なる添加量/濃度を使用した場合には、微生物の薬剤感受性について、その添加量(濃度)に関する情報も得ることができる。例えば、微生物の最小発育阻止濃度(MIC)を決定することが可能となる。   One type of test drug may be used, or a plurality of types may be used in combination. In addition, the test drug may be prepared as a medium at a single addition amount / concentration, or may be added to the medium at different addition amounts / concentrations to prepare a plurality of culture media. When different addition amounts / concentrations are used, information on the addition amount (concentration) of the drug sensitivity of microorganisms can also be obtained. For example, it is possible to determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of microorganisms.

また検査の対象とする代謝基質は、代謝系に必要な代謝基質であれば特に限定されるものではない。例えば、糖基質として、グルコース、D-ガラクトース、L-ラムノース、ソルビトール、D-マンニトール、イノシトール、D-フルクトース、アラビノース、D-マンノース、キシリトール、D-キシロース、リボース、スクロース、メリビオース、トレハロース、ラクトース、マルトース、ラフィノース、アドニトールなど、アミノ酸代謝基質として、グリシン、アルギニン、リジン、ヒスチジンなどが挙げられる。添加する代謝基質は、1種類を使用してもよいし、複数種類を組み合わせて使用してもよい。異なる代謝基質の添加により、微生物により生成される代謝産物の種類および/または量が変化し、その変化または変化パターンに基づいて、微生物種を同定することが可能となる場合があるためである。   The metabolic substrate to be examined is not particularly limited as long as it is a metabolic substrate necessary for the metabolic system. For example, glucose, D-galactose, L-rhamnose, sorbitol, D-mannitol, inositol, D-fructose, arabinose, D-mannose, xylitol, D-xylose, ribose, sucrose, melibiose, trehalose, lactose, Examples of amino acid metabolic substrates such as maltose, raffinose and adonitol include glycine, arginine, lysine and histidine. One kind of metabolic substrate to be added may be used, or a plurality of kinds may be used in combination. This is because the type and / or amount of a metabolite produced by a microorganism is changed by the addition of a different metabolic substrate, and it may be possible to identify the microorganism species based on the change or change pattern.

培地には、安定同位体標識をした化合物を代謝基質として添加し、その化合物から生成される代謝産物を測定することが可能である。すなわち、安定同位体標識した化合物から生成した代謝産物は安定同位体を含んでおり、他から由来する化合物とは区別することが可能である。これによって、微生物の特定の代謝経路によって生成した代謝産物のみを計測し、より厳密に微生物の代謝をモニターすることが可能となる。また、代謝産物と同じ成分が予め培地成分として含まれており、代謝産物と区別できない場合がある。このような場合でも、安定同位体標識化合物を用いることにより、代謝産物を測定することが可能である。以上により、安定同位体標識化合物の利用により、バックグラウンドを除去して、微生物の代謝や増殖をより正確にモニターすることが可能となる。   A compound labeled with a stable isotope is added to the medium as a metabolic substrate, and a metabolite produced from the compound can be measured. That is, a metabolite produced from a stable isotope-labeled compound contains a stable isotope and can be distinguished from compounds derived from others. This makes it possible to measure only the metabolites generated by a specific metabolic pathway of the microorganism and monitor the metabolism of the microorganism more precisely. In addition, the same component as the metabolite is included in advance as a medium component and may not be distinguished from the metabolite. Even in such a case, it is possible to measure a metabolite by using a stable isotope labeled compound. As described above, by using a stable isotope-labeled compound, it is possible to remove the background and monitor the metabolism and growth of microorganisms more accurately.

続いて、被検薬剤および/または代謝基質を添加した培地(試料)において微生物を培養する。微生物の培養は、当技術分野で慣用的に使用されている条件(温度および時間)で行うことができる。具体的な培養条件は、対象の微生物の種類およびサンプルの種類、分析しようとする代謝産物の種類などに応じて異なり、当業者であれば適宜設定することができる。培養時間は、短時間の培養、具体的には、1〜10時間、好ましくは1〜5時間、より好ましくは約4時間以下とする。なお、培養時間は、微生物の量や種類によって変動する。対照(標準培養)として、被検薬剤および/または代謝基質が添加されていない培地(試料)において微生物を培養することが好ましい。   Subsequently, the microorganism is cultured in a medium (sample) to which a test drug and / or a metabolic substrate is added. The culture of microorganisms can be carried out under conditions (temperature and time) conventionally used in the art. Specific culture conditions vary depending on the type of the target microorganism, the type of the sample, the type of the metabolite to be analyzed, and the like, and can be appropriately set by those skilled in the art. The culture time is short-time culture, specifically, 1 to 10 hours, preferably 1 to 5 hours, more preferably about 4 hours or less. The culture time varies depending on the amount and type of microorganism. As a control (standard culture), the microorganism is preferably cultured in a medium (sample) to which a test drug and / or a metabolic substrate is not added.

微生物の培養を行った後の培地(試料)から、微生物を除去した培地を採取し、質量分析のための前処理を行ってもよい。培地からの微生物の除去は、例えばフィルターを用いたろ過や遠心分離により行うことができる。また、質量分析用の前処理として、具体的には、培地(試料)に含まれる成分のイオン化を妨げる物質を除去する処理や、培地(試料)の成分を濃縮する処理を行うことができる。   A medium from which microorganisms have been removed may be collected from a medium (sample) after culturing microorganisms, and a pretreatment for mass spectrometry may be performed. Removal of microorganisms from the medium can be performed, for example, by filtration using a filter or centrifugation. In addition, as a pretreatment for mass spectrometry, specifically, a process for removing a substance that hinders ionization of components contained in a medium (sample) and a process for concentrating the components of the medium (sample) can be performed.

次いで、培地(試料)の成分を代謝産物について質量分析する。質量分析の具体的な方法は、特に限定されるものではない。複数の培地(試料)において培養を行った場合には、複数の培地に含まれる代謝産物についてそれぞれ質量分析を行う。質量分析で得られたスペクトルデータを解析し、その結果から、微生物に由来する代謝産物の種類および量を決定する。質量分析を行う代謝産物の種類は、特に限定されるものではないが、例えばグルコース、グルコース6-リン酸、フルクトース6-リン酸、フルクトース1,6-ビスリン酸、グリセルアルデヒド3-リン酸、ジヒドロキシアセトンリン酸、1,3-ビスホスフォグリセリン酸、3-ホスフォグリセリン酸、2-ホスフォグリセリン酸、ホスフォエノールピルビン酸、ピルビン酸、アセチルCoA、クエン酸、イソクエン酸、α-ケトグルタル酸、スクシニルCoA、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸、アラニン、システイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、フェニルアラニン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、リジン、ロイシン、メチオニン、アスパラギン、プロリン、グルタミン、アルギニン、セリン、スレオニン、バリン、トリプトファン、チロシン、アセトイン、アセトン、ブチレングリコール、シュウ酸、アセトアルデヒド、ブタノール、グルコン酸、乳酸、エタノール、酢酸、ギ酸などが挙げられる。本発明においては、これらの代謝産物のうち1つまたは複数について質量分析を行う。複数の代謝産物を決定することにより、より高精度に判定を行うことが可能となる。また、安定同位体標識化合物を代謝基質として添加した培地において微生物を培養した場合には、その安定同位体で標識された代謝産物を質量分析する。   The components of the medium (sample) are then mass analyzed for metabolites. A specific method of mass spectrometry is not particularly limited. When the culture is performed in a plurality of culture media (samples), mass spectrometry is performed on each of the metabolites contained in the plurality of culture media. The spectral data obtained by mass spectrometry is analyzed, and the type and amount of metabolites derived from microorganisms are determined from the results. The type of metabolite to be subjected to mass spectrometry is not particularly limited. For example, glucose, glucose 6-phosphate, fructose 6-phosphate, fructose 1,6-bisphosphate, glyceraldehyde 3-phosphate, Dihydroxyacetone phosphoric acid, 1,3-bisphosphoglyceric acid, 3-phosphoglyceric acid, 2-phosphoglyceric acid, phosphoenolpyruvate, pyruvate, acetyl CoA, citric acid, isocitric acid, α-ketoglutar Acid, succinyl CoA, succinic acid, fumaric acid, malic acid, oxaloacetic acid, alanine, cysteine, aspartic acid, glutamic acid, phenylalanine, glycine, histidine, isoleucine, lysine, leucine, methionine, asparagine, proline, glutamine, arginine, serine, Threonine, valine, tryptophan, tyrosine Acetoin, acetone, butylene glycol, oxalic acid, acetaldehyde, butanol, gluconic acid, lactic acid, ethanol, acetic acid, and formic acid. In the present invention, mass spectrometry is performed on one or more of these metabolites. By determining a plurality of metabolites, it is possible to perform determination with higher accuracy. When a microorganism is cultured in a medium to which a stable isotope-labeled compound is added as a metabolic substrate, the metabolite labeled with the stable isotope is subjected to mass spectrometry.

上述のように質量分析により決定した代謝産物の種類および量に基づいて、微生物の種類を同定する、あるいは薬剤および/または代謝基質の微生物に与える影響を判定することが可能である。複数の培地(試料)において微生物の培養を行った場合には、複数の培地に含まれる代謝産物についてそれぞれ質量分析を行い、複数の培地の間で代謝産物の種類および量を比較し、その比較結果に基づいて、微生物の種類を同定する、あるいは薬剤および/または代謝基質の微生物に与える影響を判定することが可能である。   Based on the type and amount of the metabolite determined by mass spectrometry as described above, it is possible to identify the type of microorganism or to determine the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism. When microorganisms are cultured in multiple media (samples), mass spectrometry is performed on metabolites contained in multiple media, and the types and amounts of metabolites are compared between the multiple media. Based on the results, it is possible to identify the type of microorganism or to determine the effect of drugs and / or metabolic substrates on the microorganism.

あるいは、質量分析を行って得られたスペクトルデータを、そのまま、各種微生物で得られたスペクトルデータから構成されるデータベースと照合してもよく、その照合結果から微生物種を同定することが可能である。これにより、本検査方法をより迅速かつ簡便に実施することができる。   Alternatively, spectral data obtained by performing mass spectrometry may be collated directly with a database composed of spectral data obtained with various microorganisms, and the microorganism species can be identified from the collation result. . Thereby, this inspection method can be implemented more rapidly and simply.

上述のようにして得られた微生物種の同定結果、あるいは薬剤および/または代謝基質の微生物に与える影響の判定結果は、表示、出力または記憶されてもよい。   The identification result of the microorganism species obtained as described above, or the determination result of the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism may be displayed, output or stored.

図1に、本微生物検査方法の具体例を示すフローを示し、以下に検査手順の概要を説明する。まず、ステップ101では、臨床検体より分離培養などで単離した検査対象微生物109を培地に懸濁した菌懸濁液を調製する。次のステップ102では、この菌懸濁液より培養用の試料を調製する。薬剤感受性試験を行う場合には、当該薬剤を異なる濃度で添加した希釈系列の試料111を複数の薬剤に対して準備する。また、検査の対照のために、当該薬剤を添加しない標準培養用試料110も準備する。また、菌種同定試験のためには、各種の微生物に特徴的な反応を検出するための代謝基質を加えた試料112を準備する。次のステップ103では、この試料の培養を行う。次のステップ104では、培養した試料より培地を採取し、ステップ105で質量分析のための前処理を行い、質量分析用試料を調製する。次のステップ106では、調製した質量分析用試料に対して質量分析を行う。次のステップ107では、質量分析のデータ解析を行い、検査対象微生物の薬剤感受性に関する検査結果や微生物種同定結果をステップ108で出力する。これら検査方法のフローに関しては、後に実施例3で詳細を記述する。   FIG. 1 shows a flow showing a specific example of the present microorganism testing method, and the outline of the testing procedure will be described below. First, in step 101, a bacterial suspension is prepared by suspending a test target microorganism 109 isolated from a clinical specimen by separation culture or the like in a culture medium. In the next step 102, a sample for culture is prepared from this bacterial suspension. When performing a drug sensitivity test, a dilution series sample 111 to which the drug is added at different concentrations is prepared for a plurality of drugs. In addition, a standard culture sample 110 to which the drug is not added is also prepared for the control of the test. For the bacterial species identification test, a sample 112 to which a metabolic substrate for detecting reactions characteristic of various microorganisms is added is prepared. In the next step 103, the sample is cultured. In the next step 104, a medium is collected from the cultured sample, and in step 105, a pretreatment for mass spectrometry is performed to prepare a sample for mass spectrometry. In the next step 106, mass spectrometry is performed on the prepared sample for mass spectrometry. In the next step 107, data analysis of mass spectrometry is performed, and the test result and the microbial species identification result regarding the drug sensitivity of the test target microorganism are output in step 108. Details of these inspection method flows will be described later in a third embodiment.

また、本発明は、上述したような微生物検査方法を実施するためのシステムに関する。具体的には、本発明に係る微生物検査システムは、
薬剤および/または代謝基質が添加された培地を含む、微生物を培養するための培養容器を備えた培養部と、
前記培地の成分を分析するための質量分析装置と、
前記質量分析装置により決定した前記培地中の前記微生物に由来する代謝産物の種類および量に基づいて、前記微生物の種類を同定する、あるいは前記薬剤および/または代謝基質の前記微生物に与える影響を判定する解析部と
を備える。
The present invention also relates to a system for carrying out the microorganism testing method as described above. Specifically, the microorganism testing system according to the present invention is:
A culture section comprising a culture vessel for culturing microorganisms, comprising a medium supplemented with a drug and / or a metabolic substrate;
A mass spectrometer for analyzing the components of the medium;
Based on the type and amount of the metabolite derived from the microorganism in the medium determined by the mass spectrometer, the type of the microorganism is identified, or the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism is determined. An analysis unit.

培養部は、微生物を培養するための培養容器を、1個、または好ましくは複数個備える。それぞれの培養容器には、薬剤および/または代謝基質が添加された培地が含まれる。添加される薬剤および/または代謝基質は、1種類であってもよいしまたは複数種類が組み合わされてもよい。また、薬剤および/または代謝基質の添加量/濃度は、単一であってもよいし、または異なっていてもよい。例えば、培養部は、薬剤の添加量/濃度がそれぞれ異なる複数の培地および/または代謝基質の種類がそれぞれ異なる複数の培地を含む複数の培養容器を備えるものとすることができる。さらに、対照(標準培養)として、被検薬剤および/または代謝基質を添加していない培地(試料)を含む培養容器を備えていてもよい。   The culture unit includes one or preferably a plurality of culture containers for culturing microorganisms. Each culture vessel contains a medium supplemented with drugs and / or metabolic substrates. The added drug and / or metabolic substrate may be one type, or a plurality of types may be combined. Also, the addition amount / concentration of the drug and / or metabolic substrate may be single or different. For example, the culture unit may include a plurality of culture containers including a plurality of culture media having different drug addition amounts / concentrations and / or a plurality of culture media having different types of metabolic substrates. Furthermore, as a control (standard culture), a culture vessel containing a medium (sample) to which a test drug and / or a metabolic substrate is not added may be provided.

また、本発明に係る微生物検査方法について上述したように、代謝基質として培地に安定同位体標識化合物が添加されることもある。そのような場合、本発明に係るシステムの培養部は、安定同位体標識化合物を代謝基質として含む培地を含む培養器を備えるものである。   Further, as described above for the microorganism testing method according to the present invention, a stable isotope-labeled compound may be added to the medium as a metabolic substrate. In such a case, the culture unit of the system according to the present invention includes an incubator including a medium containing a stable isotope-labeled compound as a metabolic substrate.

本発明に係るシステムに使用される質量分析装置は、培地(試料)に含まれる成分、すなわち微生物に由来する代謝産物を質量分析することができるものであれば特に限定されるものではない。一般的には、質量分析装置は、成分のイオン化を行うイオン化部と、イオン化された成分の質量荷電比m/zを測定する部とから構成されている。当業者であれば、本発明において使用可能な質量分析装置を適宜選択することが可能である。また、培養部において複数の培地(試料)が準備されている場合には、質量分析装置は、その複数の培地(試料)それぞれについて質量分析を行うものである。   The mass spectrometer used in the system according to the present invention is not particularly limited as long as it can mass-analyze components contained in the medium (sample), that is, metabolites derived from microorganisms. In general, a mass spectrometer is composed of an ionization unit that ionizes components and a unit that measures the mass-to-charge ratio m / z of the ionized components. A person skilled in the art can appropriately select a mass spectrometer that can be used in the present invention. When a plurality of culture media (samples) are prepared in the culture unit, the mass spectrometer performs mass spectrometry for each of the plurality of culture media (samples).

質量分析装置が分析を行う代謝産物の種類は、特に限定されるものではないが、例えばピルビン酸、乳酸、クエン酸、酢酸およびエタノールが挙げられる。本発明に係るシステムでは、これらの代謝産物のうち1つまたは複数について質量分析が行われる。また、培養部において培地に安定同位体標識化合物が添加されている場合には、質量分析装置は、その安定同位体標識化合物より生成され微生物細胞外に排出される安定同位体で標識された代謝産物を質量分析する。   The type of metabolite to be analyzed by the mass spectrometer is not particularly limited, and examples thereof include pyruvic acid, lactic acid, citric acid, acetic acid, and ethanol. In the system according to the present invention, mass spectrometry is performed on one or more of these metabolites. In addition, when a stable isotope-labeled compound is added to the culture medium in the culture section, the mass spectrometer generates a metabolite labeled with a stable isotope that is generated from the stable isotope-labeled compound and discharged outside the microorganism cell. The product is mass analyzed.

なお、本発明に係るシステムは、質量分析のための前処理を行う前処理部を備えていてもよい。例えば、前処理部には、培養部の各培養容器から微生物を除去した培地を採取する手段(フィルター、遠心分離器など)、成分のイオン化を妨げる物質を除去する手段、培地成分を濃縮する手段などが含まれる。   The system according to the present invention may include a preprocessing unit that performs preprocessing for mass spectrometry. For example, in the pretreatment section, means for collecting a medium from which microorganisms have been removed from each culture vessel of the culture section (filter, centrifuge, etc.), means for removing substances that interfere with ionization of components, means for concentrating medium components Etc. are included.

解析部は、前記質量分析装置で得られたスペクトルデータを解析し、培地中の微生物に由来する代謝産物の種類および量を決定し、その結果から、微生物の種類を同定する、あるいは薬剤および/または代謝基質の微生物に与える影響を判定する。培養部において複数の培地(試料)が準備されている場合には、解析部は、質量分析装置から得られたそれぞれの培地(試料)の分析結果について、複数の培地(試料)の間で代謝産物の種類および量を比較し、微生物の種類を同定する、あるいは薬剤および/または代謝基質の微生物に与える影響(抗菌特性)を判定する。   The analysis unit analyzes the spectrum data obtained by the mass spectrometer, determines the type and amount of the metabolite derived from the microorganism in the medium, and identifies the type of the microorganism from the result, or identifies the drug and / or Alternatively, the influence of the metabolic substrate on the microorganism is determined. When a plurality of culture media (samples) are prepared in the culture unit, the analysis unit metabolizes the analysis results of each culture medium (sample) obtained from the mass spectrometer between the plurality of culture media (samples). The type and amount of the product are compared, the type of the microorganism is identified, or the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism (antibacterial properties) is determined.

あるいは、解析部は、質量分析装置で得られたスペクトルデータを、各種微生物で得られたスペクトルデータから構成されるデータベースと照合し、その結果から微生物種を同定するものであってもよい。   Or an analysis part may collate the spectrum data obtained with the mass spectrometer with the database comprised from the spectrum data obtained with various microorganisms, and may identify microorganism species from the result.

本発明に係るシステムは、前記培養部と前記前処理部と前記質量分析装置の間で前記試料および前記培地を運ぶ機構を備えるものであってもよい。   The system according to the present invention may include a mechanism for carrying the sample and the medium among the culture unit, the pretreatment unit, and the mass spectrometer.

さらに本発明に係るシステムは、システム全体を制御および運用するための制御部を備えるものであってもよい。またシステムは、解析部で得られた結果を表示、出力または記憶する手段を備えるものであってもよく、例えば、制御部に、入力部、表示部、出力部、および記憶部からなる群より選択される1または複数が付随してもよい。   Furthermore, the system according to the present invention may include a control unit for controlling and operating the entire system. Further, the system may be provided with means for displaying, outputting or storing the results obtained by the analysis unit. For example, the control unit includes a group consisting of an input unit, a display unit, an output unit, and a storage unit. One or more selected may accompany.

図2に、本微生物検査システムの具体例を示す。これは、図1の検査フローを実現するためのシステムである。本微生物検査システムは、微生物を培養する培養装置201、質量分析用の試料を調製する前処理部202、質量分析装置203、質量分析装置203で得られたデータを解析し、薬剤の効果を判定したり微生物種同定を行ったりする解析部204から構成されている。質量分析装置203は、主としてイオン化部203-1と質量分析部203-2から構成されている。本微生物検査システム全体は、制御部206によって制御され運用される。制御部206には、入力部207、表示部208、出力部209、記憶装置210が付随する。また、データ解析部204は、予め既知の微生物に由来する代謝産物の種類および量に関する情報についてのデータベース205を適宜参照することができる。   FIG. 2 shows a specific example of the present microorganism testing system. This is a system for realizing the inspection flow of FIG. This microbiological test system analyzes the data obtained by the culture apparatus 201 for culturing microorganisms, the pretreatment unit 202 for preparing the sample for mass spectrometry, the mass spectrometer 203, and the mass spectrometer 203, and determines the effect of the drug And an analysis unit 204 that performs microbial species identification. The mass spectrometer 203 is mainly composed of an ionization unit 203-1 and a mass analysis unit 203-2. The entire microorganism testing system is controlled and operated by the control unit 206. The control unit 206 is accompanied by an input unit 207, a display unit 208, an output unit 209, and a storage device 210. In addition, the data analysis unit 204 can appropriately refer to the database 205 for information on the types and amounts of metabolites derived from known microorganisms in advance.

図3に、本微生物検査システムの構成例を示す。これは、図1の検査フローを実現するためのシステムの一例であり、図2のシステムをより具体化したものである。培養装置301は、微生物の培養を行う複数の培養容器302から構成されている。容器の数は、検査対象とする薬剤の種類と濃度の組み合わせの数、あるいは代謝基質の数に応じて変わるが、通常は100個から1000個程度を備えていることが望ましい。各培養容器は、容量1 mL以下で、限られた微生物試料で数多くの培養を行うためには、容量が少ないことが望ましく、できれば100μL以下であることが望ましい。これによって、培養装置を小型化するとともに、検査対象とする薬剤の種類と濃度の組み合せや代謝基質の数を増やすことが可能となる。調製した菌懸濁液は、菌懸濁液導入口311より培養容器302に導入する。培養容器に関しては、全体がカートリッジ状になっており、プラスチックなどを材質とし、ディスポーザブルにして、検査ごとに交換する形状にすることが可能である。さらに、1台の検査システムには、複数のカートリッジを装着し、複数の検査を同時に並行して実施することが可能である。各培養容器302は、必要に応じて、培養液を攪拌する機能、温度を制御する機能、微生物の培養に必要な酸素および培地成分を供給する機能、微生物懸濁液を培養容器302に入れる機能、試料を培養容器302から採取する機能を備えている。培養液を攪拌する機能は、カートリッジ全体を振とうすることによって実施可能である。また、温度の制御は、カートリッジ全体を、温度管理されたインキュベータの中に置くことで実施可能である。培養装置301の培養容器302の1つには、薬剤を含まない培地が入っている。薬剤感受性試験の場合には、培養装置301の残りの複数の培養容器302には、それぞれが異なる種類と濃度との組み合わせの薬剤を含む培地が入っている。また、同定試験における生化学性状試験の場合には、それぞれ異なる代謝基質が入っている。   FIG. 3 shows a configuration example of the present microorganism testing system. This is an example of a system for realizing the inspection flow of FIG. 1, and is a more specific example of the system of FIG. The culture apparatus 301 is composed of a plurality of culture containers 302 for culturing microorganisms. The number of containers varies depending on the number of combinations of drug types and concentrations to be examined or the number of metabolic substrates, but it is usually desirable to have about 100 to 1000 containers. Each culture container has a capacity of 1 mL or less, and in order to perform a large number of cultures with a limited microbial sample, it is desirable that the volume is small, and preferably 100 μL or less. This makes it possible to reduce the size of the culture apparatus and increase the number of combinations of types and concentrations of drugs to be examined and the number of metabolic substrates. The prepared bacterial suspension is introduced into the culture vessel 302 from the bacterial suspension introduction port 311. The entire culture container is in the form of a cartridge, which can be made of plastic or the like and made disposable so that it can be exchanged for each test. Furthermore, it is possible to mount a plurality of cartridges in one inspection system and perform a plurality of inspections simultaneously in parallel. Each culture vessel 302 has a function of stirring a culture solution, a function of controlling temperature, a function of supplying oxygen and medium components necessary for culturing microorganisms, and a function of putting a microorganism suspension in the culture vessel 302 as necessary. , A function of collecting a sample from the culture vessel 302 is provided. The function of stirring the culture solution can be performed by shaking the entire cartridge. Further, the temperature can be controlled by placing the entire cartridge in a temperature-controlled incubator. One of the culture containers 302 of the culture apparatus 301 contains a medium that does not contain a drug. In the case of the drug sensitivity test, the remaining plurality of culture vessels 302 of the culture apparatus 301 contain media containing drugs of different types and combinations of concentrations. In the case of the biochemical property test in the identification test, different metabolic substrates are contained.

培養装置301の各培養容器302は、培養液の微生物細胞を除去して培地のみを採取する機構を備えている。例えば、メンブレンフィルターにより微生物細胞を捕捉し、培地のみを採取する機能である。この操作は、バルブ313を備えた送液系312によって行われ、各培養容器302から順次培地を採取することが可能である。また、この操作は、自動化されたピペットによって行うことも可能であるし、他の機構によって行うことも可能である。また、微生物細胞の除去には、遠心分離などの方法を用いてもよい。いずれにしても、培養液から微生物を除去して培地のみを採取し、次の前処理部303に送るものである。これらの機構には、洗浄機能をもった洗浄液タンク314およびシステム液タンク315が付随し、試料ごとに機構を洗浄し、異なる試料が互いに混ざることを防止する。廃液は、廃液タンク316に回収される。なお、可能であれば、病原性を有する可能性のある微生物が環境中に拡散することを防ぐために、培養以降の作業は密閉された容器内で行われ、培地の採取も微生物を容器内に留めたまま行うことが望ましい。   Each culture vessel 302 of the culture apparatus 301 has a mechanism for removing only microbial cells from the culture solution and collecting only the medium. For example, it has a function of capturing microbial cells with a membrane filter and collecting only the medium. This operation is performed by the liquid feeding system 312 provided with the valve 313, and the culture medium can be collected sequentially from each culture vessel 302. Further, this operation can be performed by an automated pipette, or can be performed by another mechanism. In addition, a method such as centrifugation may be used for removing microbial cells. In any case, microorganisms are removed from the culture solution, and only the medium is collected and sent to the next pretreatment unit 303. These mechanisms are accompanied by a cleaning liquid tank 314 having a cleaning function and a system liquid tank 315, and the mechanism is cleaned for each sample to prevent different samples from being mixed with each other. The waste liquid is collected in a waste liquid tank 316. If possible, in order to prevent microorganisms that may have pathogenicity from diffusing into the environment, the work after culturing is performed in a sealed container, and the medium is also collected in the container. It is desirable to do so.

前処理部303は、必要に応じて、採取した培地に対して、質量分析装置304にかけるための前処理を行う。質量分析装置304にかけるための前処理とは、カラムやフィルターなどを用いて、質量分析に際して試料のイオン化を妨げるような物質を除去する処理や、培地成分を濃縮する処理などである。前処理の工程は、培地の組成や測定対象の代謝産物などを考慮して、適したものを採用する。   The pre-processing unit 303 performs pre-processing for applying to the mass spectrometer 304 to the collected culture medium as necessary. The pretreatment to be applied to the mass spectrometer 304 includes a treatment for removing substances that interfere with ionization of a sample during mass analysis, a treatment for concentrating medium components, and the like using a column or a filter. As the pretreatment step, a suitable one is adopted in consideration of the composition of the medium, the metabolite to be measured, and the like.

質量分析装置304は、試料を導入してイオン化を行う部分と、イオン化された試料の質量荷電比m/zを測定する部分から構成されている。試料のイオン化を行うイオン化部には、誘電体バリア放電(DBD)イオン化法、エレクトロスプレー大気圧イオン化法(ESI)、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法(MALDI)などの方式がある。イオン化された試料を分離する分析部には、四重極型質量分析装置(QMS)、イオントラップ型質量分析装置(ITMS)、飛行時間型質量分析装置(TOFMS)、多連四重極型質量分析装置などの方式がある。   The mass spectrometer 304 is composed of a part for introducing a sample and performing ionization, and a part for measuring a mass-to-charge ratio m / z of the ionized sample. Examples of ionization units that perform sample ionization include dielectric barrier discharge (DBD) ionization, electrospray atmospheric pressure ionization (ESI), and matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI). The analyzer that separates the ionized sample includes a quadrupole mass spectrometer (QMS), ion trap mass spectrometer (ITMS), time-of-flight mass spectrometer (TOFMS), and multiple quadrupole mass There are methods such as analyzers.

データ解析部305では、質量分析装置304のデータ処理を行う。さらに、薬剤感受性試験の場合には、質量分析によって得られた培地中の微生物代謝産物データから薬剤が微生物増殖に及ぼす効果の判定を行う。生化学性状試験の場合には、各代謝基質における代謝結果のパターンをデータベース317と照合し、微生物種を同定する。質量分析の結果および薬剤の効果や種同定に関する検査結果は、制御部306を通じて表示部308に表示されるとともに出力部309より出力され、データは記憶装置310に格納される。   The data analysis unit 305 performs data processing of the mass spectrometer 304. Furthermore, in the case of a drug sensitivity test, the effect of the drug on microbial growth is determined from microbial metabolite data in the medium obtained by mass spectrometry. In the case of a biochemical property test, the pattern of metabolic results for each metabolic substrate is collated with the database 317 to identify the microbial species. The result of the mass analysis and the test result relating to the effect and species identification of the drug are displayed on the display unit 308 through the control unit 306 and output from the output unit 309, and the data is stored in the storage device 310.

本発明に係る微生物検査方法および微生物検査システムにより、迅速な微生物検査を行うことができる。特に、薬剤感受性試験では、微生物培養液中の代謝産物を、質量分析法によって検出し、微生物の代謝と増殖を高感度で検出し、短時間の培養で薬剤の効果を判定する。また、微生物細胞内の代謝産物を測定するのではなく、培地中の成分を測定するので、細胞の破砕などの処理工程を省略し、迅速に測定を行うことが可能である。微生物の代謝産物は、細胞内に蓄積するのではなく、菌体外に排出されるので、培地中の濃度が微生物の増殖とともに上昇する。したがって、培地中の代謝産物濃度は微生物の増殖と相関関係を示し、その濃度を測定すれば、微生物の増殖を判定することが可能である。本発明では、これらを組み合わせることによって、薬剤の効果を迅速かつ高感度に判定することが可能になる。さらに、本発明では、薬剤感受性試験と同時に微生物同定試験を行い、薬剤感受性に関する情報とともに、微生物種に関する情報も提供する。   With the microorganism testing method and the microorganism testing system according to the present invention, rapid microorganism testing can be performed. In particular, in a drug sensitivity test, a metabolite in a microorganism culture solution is detected by mass spectrometry, metabolism and growth of microorganisms are detected with high sensitivity, and the effect of the drug is determined by culturing in a short time. Further, since the components in the medium are measured instead of measuring the metabolites in the microbial cells, it is possible to omit the processing steps such as disruption of the cells and perform the measurement quickly. Since the metabolite of the microorganism is not accumulated inside the cell but is discharged out of the cell body, the concentration in the medium increases with the growth of the microorganism. Therefore, the concentration of the metabolite in the medium shows a correlation with the growth of the microorganism, and the growth of the microorganism can be determined by measuring the concentration. In the present invention, by combining these, the effect of the drug can be determined quickly and with high sensitivity. Furthermore, in the present invention, a microorganism identification test is performed simultaneously with the drug sensitivity test, and information on the microorganism species is provided together with information on the drug sensitivity.

以下、図面を参照して本発明の実施形態の具体例について説明する。ただし、これらの実施例は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明を限定するものではないことに注意すべきである。   Hereinafter, specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that these examples are merely examples for realizing the present invention and do not limit the present invention.

[実施例1]
まず、本検査方法について、実施の形態を説明する。本検査方法に基づいて、大腸菌Escherichia coli ATCC 25922株を材料として、培地中のグルコース代謝産物であるピルビン酸および乳酸を測定することにより、抗生物質クロラムフェニコールが増殖に与える影響を判定し、最小発育阻止濃度(MIC)を決定することが可能であることを示す。
[Example 1]
First, an embodiment of this inspection method will be described. Based on this test method, Escherichia coli ATCC 25922 strain is used as a material to measure the effects of the antibiotic chloramphenicol on growth by measuring glucose metabolites pyruvate and lactic acid in the medium, Shows that it is possible to determine the minimum inhibitory concentration (MIC).

培養には化学合成培地であるLeMaster培地を使用した。LeMaster培地を用いて、クロラムフェニコールの2倍希釈系列培地を調製した。また、標準培養のために、クロラムフェニコールを含まない培地を準備した。以上を合わせて、以下の10通りの濃度のクロラムフェニコール2倍希釈系列培地を調製した;0.0μg/mL(試料1)、0.5μg/mL(試料2)、1μg/mL(試料3)、2μg/mL(試料4)、4μg/mL(試料5)、8μg/mL(試料6)、16μg/mL(試料7)、32μg/mL(試料8)、64μg/mL(試料9)、128μg/mL(試料10)。   LeMaster medium, which is a chemically synthesized medium, was used for the culture. A chloramphenicol 2-fold dilution series medium was prepared using LeMaster medium. In addition, a medium containing no chloramphenicol was prepared for standard culture. In total, the following 10 concentrations of chloramphenicol 2-fold dilution series were prepared; 0.0 μg / mL (Sample 1), 0.5 μg / mL (Sample 2), 1 μg / mL (Sample 3) , 2 μg / mL (Sample 4), 4 μg / mL (Sample 5), 8 μg / mL (Sample 6), 16 μg / mL (Sample 7), 32 μg / mL (Sample 8), 64 μg / mL (Sample 9), 128 μg / mL (sample 10).

大腸菌ATCC 25922株をイノキュレーティングループを用いて、14 mLカルチャーチューブに入れた1 mLのLB培地に植え、37℃で約18時間の振とう培養を行い、前培養とした。前培養を行い、静止期に達していると考えられる大腸菌培養液について、菌体濃度が107 CFU/mLになるように50 mLコニカルチューブに入れた5 mLのクロラムフェニコール2倍希釈系列LeMaster培地に植え継ぎ、37℃にて振とう培養を行った。 The E. coli ATCC 25922 strain was planted in 1 mL of LB medium in a 14 mL culture tube using an inoculating loop and subjected to shaking culture at 37 ° C. for about 18 hours to prepare a preculture. Pre-cultured E. coli culture that is considered to have reached stationary phase, 5 mL chloramphenicol 2-fold dilution series placed in a 50 mL conical tube so that the cell concentration is 10 7 CFU / mL It was transferred to LeMaster medium and cultured with shaking at 37 ° C.

培養開始後4時間に培養液の採取を行った。採取した培養液の量は200μLで、このうち100μLを液体クロマトグラフ-質量分析装置による代謝産物測定に、100μLを菌体数の計測に用いた。代謝産物測定に用いる100μLに関しては、遠心式フィルターユニット(孔径0.45μm)を用いて、3,000 rpm、3分間の遠心操作によってろ過滅菌を行い、培養液中の菌体を除去した。ろ液、すなわち無菌になった培養液の培地は、液体クロマトグラフ-質量分析装置を用いた代謝産物測定に供した。菌体数の計測に用いる100μLに関しては、コロニー形成単位(colony forming unit:CFU)の測定を行った。採取した培養液について、生理食塩水(0.9%NaCl水溶液)を用いて10倍希釈系列を調製し、LB寒天平板培地に撒き、37℃で16〜24時間の培養を行った。寒天平板培地上に形成されたコロニーを数え、希釈倍率を掛けて培養液原液中の菌体濃度をCFU/mLとして算出した。   The culture solution was collected 4 hours after the start of the culture. The amount of the collected culture solution was 200 μL, of which 100 μL was used for metabolite measurement with a liquid chromatograph-mass spectrometer and 100 μL was used for counting the number of cells. With respect to 100 μL used for metabolite measurement, filtration sterilization was performed by centrifugation at 3,000 rpm for 3 minutes using a centrifugal filter unit (pore diameter: 0.45 μm), and the cells in the culture solution were removed. The filtrate, that is, the culture medium of the culture solution that has been sterilized, was subjected to metabolite measurement using a liquid chromatograph-mass spectrometer. With respect to 100 μL used for counting the number of cells, colony forming unit (CFU) was measured. About the collected culture solution, a 10-fold dilution series was prepared using physiological saline (0.9% NaCl aqueous solution), plated on LB agar plate medium, and cultured at 37 ° C. for 16 to 24 hours. The colonies formed on the agar plate medium were counted and multiplied by the dilution factor, and the bacterial cell concentration in the culture broth was calculated as CFU / mL.

培地中の大腸菌代謝産物の測定は、液体クロマトグラフ-エレクトロスプレーイオン化三連四重極質量分析装置によって行なった。高速液体クロマトグラフィーによるサンプルの分離に関しては、Agilent Technologies 1100 seriesを用いて、有機酸分析用ポリマーカラムを使用した。質量分析装置はWaters社のQuattro Premierを使用した。代謝産物の定量に関しては、測定毎に各標品の培地による希釈系列を調製し、それを用いて作成した検量線に基づいて行った。その結果を、表1にまとめた。   The measurement of E. coli metabolites in the medium was performed by a liquid chromatograph-electrospray ionization triple quadrupole mass spectrometer. For sample separation by high performance liquid chromatography, a polymer column for organic acid analysis was used with Agilent Technologies 1100 series. The mass spectrometer was a Quattro Premier from Waters. The metabolite was quantified based on a calibration curve prepared using a dilution series prepared for each standard medium for each measurement. The results are summarized in Table 1.

Figure 0006018808
Figure 0006018808

同時に、上記の作業と並行して、日本化学療法学会が定める標準法との比較を行うために、ミューラー・ヒントン培地を用いた培養も行った。ミューラー・ヒントン培地を用いて、クロラムフェニコールの2倍希釈系列培地を調製した。また、比較の対照とする標準培養のために、クロラムフェニコールを含まない培地を準備した。以上を合わせて、以下の10通りの濃度のクロラムフェニコール2倍希釈系列培地を調製した;0.0μg/mL、0.5μg/mL、1μg/mL、2μg/mL、4μg/mL、8μg/mL、16μg/mL、32μg/mL、64μg/mL、128μg/mL。大腸菌前培養液を、菌体濃度が106 CFU/mLになるように50 mLコニカルチューブに入れた5 mLのクロラムフェニコール2倍希釈系列ミューラー・ヒントン培地に植え継ぎ、37℃にて振とう培養を行った。培養開始後24時間で、培養液の濁度の変化を目視で判定した。大腸菌が増殖せず、濁度が上昇しなかった培養について、最もクロラムフェニコール濃度が低いものを日本化学療法学会が定める標準法によるMICとした。その結果、クロラムフェニコールのMICは2μg/mLであった。 At the same time, in parallel with the above work, in order to compare with the standard method defined by the Japanese Society of Chemotherapy, culture using Mueller-Hinton medium was also performed. Using a Mueller-Hinton medium, a 2-fold dilution series medium of chloramphenicol was prepared. In addition, a medium containing no chloramphenicol was prepared for standard culture as a control for comparison. In total, the following 10 concentrations of chloramphenicol 2-fold dilution series medium were prepared; 0.0 μg / mL, 0.5 μg / mL, 1 μg / mL, 2 μg / mL, 4 μg / mL, 8 μg / mL 16 μg / mL, 32 μg / mL, 64 μg / mL, 128 μg / mL. Transfer the E. coli preculture to 5 mL of chloramphenicol 2-fold diluted Mueller-Hinton medium in a 50 mL conical tube so that the cell concentration is 10 6 CFU / mL, and shake at 37 ° C. Culture was performed. At 24 hours after the start of culture, the change in turbidity of the culture broth was visually determined. For cultures in which Escherichia coli did not grow and turbidity did not increase, the one with the lowest chloramphenicol concentration was defined as the MIC according to the standard method defined by the Japanese Society of Chemotherapy. As a result, the MIC of chloramphenicol was 2 μg / mL.

表1に記した結果より、クロラムフェニコールの濃度に対して菌体濃度(CFU/mL)とピルビン酸濃度・乳酸濃度をプロットし、図4のグラフを作成した。その結果、クロラムフェニコールに関しては、濃度2μg/mL以上では大腸菌の増殖が抑えられ、その際には培地中のピルビン酸濃度・乳酸濃度の上昇が見られなかった。一方、濃度1μg/mL以下では大腸菌の増殖が生じ、培地中のピルビン酸濃度・乳酸濃度が上昇した。したがって、大腸菌の増殖と培地中のピルビン酸濃度・乳酸濃度とは相関を示し、ピルビン酸濃度・乳酸濃度から大腸菌の増殖を判定し、MICを決定することが可能である。すなわち、ピルビン酸濃度・乳酸濃度が上昇しなかったクロラムフェニコール濃度において、最もクロラムフェニコール濃度が低いものがMICと同等の値を示す。また、ミューラー・ヒントン培地における24時間の培養で濁度による増殖判定で得られたMICと、LeMaster培地における4時間の培養でピルビン酸および乳酸の計測によって得られたMICが、ほぼ同等の値を示した。したがって、本手法により、日本化学療法学会が定める標準法と同じ結果が、4時間の培養で得られることが示された。   From the results shown in Table 1, the cell concentration (CFU / mL), pyruvic acid concentration and lactic acid concentration were plotted against the chloramphenicol concentration, and the graph of FIG. 4 was created. As a result, with respect to chloramphenicol, the growth of E. coli was suppressed at a concentration of 2 μg / mL or more, and no increase in pyruvate concentration or lactic acid concentration in the medium was observed. On the other hand, when the concentration was 1 μg / mL or less, Escherichia coli grew, and the concentration of pyruvate and lactic acid in the medium increased. Therefore, the growth of Escherichia coli and the pyruvic acid concentration / lactic acid concentration in the medium are correlated, and it is possible to determine the MIC by determining the growth of E. coli from the pyruvic acid concentration / lactic acid concentration. That is, among the chloramphenicol concentrations where the pyruvic acid concentration and lactic acid concentration did not increase, the one with the lowest chloramphenicol concentration shows the same value as MIC. In addition, the MIC obtained by turbidity growth determination in 24 hours culture in Mueller-Hinton medium and the MIC obtained by measurement of pyruvic acid and lactic acid in 4 hours culture in LeMaster medium are almost equivalent. Indicated. Therefore, it was shown that the same results as the standard method established by the Japanese Society of Chemotherapy can be obtained by this method in 4 hours of culture.

[実施例2]
次に、実施例1と同様の方法により、黄色ブドウ球菌Staphylococcus aureus ATCC 6538株を材料として、培地中のグルコース代謝産物であるピルビン酸および乳酸を測定することにより、抗生物質アンピシリンが増殖に与える影響を判定し、MICを決定することが可能であることを示す。
[Example 2]
Next, the effect of the antibiotic ampicillin on the growth was measured by measuring glucose metabolites pyruvate and lactic acid in the medium using the Staphylococcus aureus ATCC 6538 strain as a material in the same manner as in Example 1. This indicates that it is possible to determine the MIC.

黄色ブドウ球菌ATCC 6538株をイノキュレーティングループを用いて、14 mLカルチャーチューブに入れた1 mLのLB培地に植え、37℃で約18時間の振とう培養を行い、前培養とした。静止期に達していると考えられる前培養液について、菌体濃度が106 CFU/mLになるように50 mLコニカルチューブに入れた5 mLのアンピシリン2倍希釈系列LeMaster培地(アンピシリン濃度0.0μg/mL、0.02μg/mL、0.03μg/mL、0.06μg/mL、0.13μg/mL、0.25μg/mL、0.5μg/mL、1μg/mL、2μg/mL、4μg/mL)に植え継ぎ、37℃にて振とう培養を行った。 A Staphylococcus aureus ATCC 6538 strain was planted in 1 mL of LB medium in a 14 mL culture tube using an inoculating loop and subjected to shaking culture at 37 ° C. for about 18 hours for pre-culture. For the preculture that is considered to have reached the stationary phase, 5 mL of ampicillin 2-fold diluted LeMaster medium (ampicillin concentration 0.0 μg / mL) placed in a 50 mL conical tube so that the cell concentration is 10 6 CFU / mL (mL, 0.02μg / mL, 0.03μg / mL, 0.06μg / mL, 0.13μg / mL, 0.25μg / mL, 0.5μg / mL, 1μg / mL, 2μg / mL, 4μg / mL) Incubated with shaking.

培養開始後4時間に培養液の採取を行い、菌体数の計測と培地中の代謝産物の測定を行った。そのデータに基づき、アンピシリンの濃度に対して菌体濃度(CFU/mL)とピルビン酸濃度・乳酸濃度をプロットし、図5のグラフを作成した。その結果、アンピシリン濃度0.25μg/mL以上では黄色ブドウ球菌の増殖が抑えられ、その際には培地中のピルビン酸濃度の上昇が見られなかった。一方、アンピシリン濃度0.13μg/mL以下では黄色ブドウ球菌の増殖が生じ、培地中のピルビン酸濃度が上昇した。したがって、黄色ブドウ球菌の増殖と培地中のピルビン酸濃度とは相関を示し、ピルビン酸濃度から黄色ブドウ球菌の増殖を判定し、MICを決定することが可能である。すなわち、ピルビン酸濃度が上昇しなかったアンピシリン濃度において、最もアンピシリン濃度が低いものがMICと同等の値を示す。この実験と同時に、ミューラー・ヒントン培地を用いて調製したアンピシリン希釈系列において黄色ブドウ球菌を24時間培養し、濁度によって増殖判定を行ったところ、得られたMICは0.25μg/mLであった。したがって、本手法により、日本化学療法学会が定める標準法と同じ結果が、4時間の培養で得られることが示された。   The culture solution was collected 4 hours after the start of the culture, and the number of bacterial cells and the metabolites in the medium were measured. Based on the data, the cell concentration (CFU / mL) and the pyruvic acid concentration / lactic acid concentration were plotted against the ampicillin concentration, and the graph of FIG. 5 was created. As a result, growth of Staphylococcus aureus was suppressed at an ampicillin concentration of 0.25 μg / mL or more, and no increase in the concentration of pyruvate in the medium was observed. On the other hand, when the ampicillin concentration was 0.13 μg / mL or less, Staphylococcus aureus proliferated and the pyruvic acid concentration in the medium increased. Therefore, there is a correlation between the growth of S. aureus and the concentration of pyruvate in the medium, and the growth of S. aureus can be determined from the pyruvate concentration to determine the MIC. That is, among the ampicillin concentrations where the pyruvate concentration did not increase, the one with the lowest ampicillin concentration shows the same value as MIC. Simultaneously with this experiment, Staphylococcus aureus was cultured for 24 hours in an ampicillin-diluted series prepared using Mueller-Hinton medium, and the growth was determined by turbidity. The obtained MIC was 0.25 μg / mL. Therefore, it was shown that the same results as the standard method established by the Japanese Society of Chemotherapy can be obtained by this method in 4 hours of culture.

[実施例3]
次に、実施例1の検査方法に基づいて、これを本微生物検査システムにおいて微生物の薬剤感受性試験を実施する場合について、図1で示した本微生物検査方法および微生物検査システムのフローの具体的な実施の形態を説明する。また、微生物検査システムの具体的な構成例を図3に示す。細菌や真菌などの微生物に対する薬剤の効果の判定を薬剤感受性試験という。本微生物検査システムを用いた薬剤感受性試験は、次のような手順に従って行う。
[Example 3]
Next, based on the test method of Example 1, when the drug susceptibility test for microorganisms is performed in the microbe test system, the flow of the microbe test method and the microbe test system shown in FIG. An embodiment will be described. Moreover, the specific structural example of a microbe test | inspection system is shown in FIG. The determination of the effect of a drug on microorganisms such as bacteria and fungi is called a drug sensitivity test. The drug susceptibility test using this microorganism testing system is performed according to the following procedure.

(菌懸濁液調製)
細菌を検査対象とする場合、患者から採取した臨床検体を所定の寒天平板培地上で一次培養して得られた細菌のコロニーについて、その1個または同じ外観・形状の複数個のコロニーを採取し、液体培地に細菌を懸濁する。拾うコロニーの数は、1個であることが望ましいが、菌量が足りない場合には複数個のコロニーを拾って使用する。細菌の場合、通常は1個のコロニーには107〜108個の細菌が含まれているので、1個のコロニーを10 mLの液体培地に懸濁した場合には、懸濁液中の細菌の濃度は106〜107 CFU/mLとなる。細菌の濃度は、それよりも低い濃度または高い濃度でも構わないが、細菌の濃度が高い方が培地中に排出される代謝産物の濃度が高くなり、より短時間の培養で検査結果を得ることが期待できる。例えば、10 mLの菌懸濁液を調製した場合、100μLの培養を100個行うことが可能となる。真菌に対する感受性試験も、菌体数は異なるが、基本的には同等の手順で行う。
(Bacteria suspension preparation)
When bacteria are to be examined, one or more colonies of the same appearance and shape are collected from bacterial colonies obtained by primary culture of clinical specimens collected from patients on a predetermined agar plate medium. Suspend bacteria in liquid medium. The number of colonies to be picked up is preferably one, but if the amount of bacteria is insufficient, a plurality of colonies are picked up and used. In the case of bacteria, one colony usually contains 10 7 to 10 8 bacteria, so when one colony is suspended in 10 mL of liquid medium, The concentration of bacteria is 10 6 to 10 7 CFU / mL. The concentration of bacteria may be lower or higher, but the higher the concentration of bacteria, the higher the concentration of metabolites excreted in the medium, and the shorter the time it takes to obtain the test results. Can be expected. For example, when 10 mL of a bacterial suspension is prepared, 100 100 μL cultures can be performed. The susceptibility test for fungi is basically performed in the same procedure, although the number of cells is different.

(培地)
培地に関しては、天然成分を含む培地、化学合成培地、化学合成培地に天然成分を添加した半合成培地などを用いることが可能である。天然成分を含む培地とは、肉エキスや酵母抽出物などを組成とする培地であり、ミューラー・ヒントン培地やLB培地などが該当する。化学合成培地とは、化学物質の純品を混合して調製される培地であり、全ての成分とその濃度が明らかな培地であり、例えば、大腸菌の培養に用いるLeMaster培地やM9培地などが該当する。質量分析法による測定のためには培地成分が完全に分かっており、イオン化を妨げるような夾雑物が少ない化学合成培地が望ましい。ただし、微生物の種によっては増殖のために天然成分を必要とする場合があるので、その場合には、化学合成培地に微生物の増殖のために必要最小限の天然成分を添加した半合成培地を使用する。
(Culture medium)
Regarding the medium, it is possible to use a medium containing a natural component, a chemically synthesized medium, a semi-synthetic medium obtained by adding a natural component to a chemically synthesized medium, or the like. The medium containing natural components is a medium composed of a meat extract, a yeast extract or the like, and includes Mueller-Hinton medium, LB medium, and the like. A chemically synthesized medium is a medium that is prepared by mixing pure chemical substances, and is a medium in which all components and their concentrations are clear, such as LeMaster medium and M9 medium used for E. coli culture. To do. For measurement by mass spectrometry, a chemically synthesized medium having completely known medium components and few impurities that prevent ionization is desirable. However, natural components may be required for growth depending on the species of the microorganism.In this case, a semi-synthetic medium in which the minimum natural components necessary for the growth of microorganisms are added to the chemically synthesized medium is used. use.

(安定同位体標識)
上記培地には、安定同位体標識をした化合物を添加し、その化合物から生成される代謝産物を測定することが可能である。例えば、6個の炭素原子の全てが13Cになった13C6グルコースを炭素源として培地に添加した場合には、それから生成される代謝産物には13Cが含まれる。例えば、ピルビン酸の場合には、13C3ピルビン酸が生成する。したがって、13C3ピルビン酸を通常の炭素原子から構成される12C3ピルビン酸と区別して測定することにより、グルコース代謝系の働きのみをモニターすることが可能となる。グルコース代謝系は微生物の増殖と密接に結びついていると考えられるので、より厳密に微生物増殖を計測することが可能になる。また、培地成分としてピルビン酸、乳酸、クエン酸などが予め培地に含まれている場合がある。そのような場合には、培地成分として含まれているピルビン酸、乳酸、クエン酸などとグルコースからの代謝によって生成した代謝産物とを区別することが可能となり、グルコース代謝系の働きをモニターすることが可能となる。13C6グルコースでは、6個の炭素原子の全てが13Cになっているが、13Cの数が5個以下のグルコースの使用も可能である。ただし、13C6グルコースを使用した場合、生成する2分子のピルビン酸の両方が13C3ピルビン酸になり、分析が容易である。また、通常の12C3ピルビン酸とは分子量も違うので、質量分析での区別が容易である。グルコース以外の分子に関しても、安定同位体標識したものを利用することが可能である。ただし、13C6グルコースは、他の安定同位体標識化合物に比べると安価で、安定して供給されるので、本微生物検査法および微生物検査システムを実用化する際には、コストや品質保証の点で有利である。
(Stable isotope labeling)
A compound labeled with a stable isotope is added to the medium, and metabolites generated from the compound can be measured. For example, when 13 C 6 glucose in which all 6 carbon atoms are 13 C is added to the medium as a carbon source, 13 C is contained in the metabolite produced therefrom. For example, in the case of pyruvic acid, 13 C 3 pyruvic acid is produced. Therefore, by measuring 13 C 3 pyruvic acid separately from 12 C 3 pyruvic acid composed of normal carbon atoms, it is possible to monitor only the function of the glucose metabolic system. Since the glucose metabolism system is considered to be closely related to the growth of microorganisms, it becomes possible to measure microorganism growth more precisely. Moreover, pyruvic acid, lactic acid, citric acid, etc. may be previously contained in the culture medium as a culture medium component. In such a case, it is possible to distinguish pyruvate, lactic acid, citric acid, etc. contained as a medium component from metabolites generated by metabolism from glucose, and monitor the function of the glucose metabolism system. Is possible. In 13 C 6 glucose, all 6 carbon atoms are 13 C, but glucose having 13 C or less can be used. However, when 13 C 6 glucose is used, both of the two molecules of pyruvic acid produced become 13 C 3 pyruvic acid, which is easy to analyze. In addition, since the molecular weight is different from that of normal 12 C 3 pyruvic acid, it can be easily distinguished by mass spectrometry. As for molecules other than glucose, those labeled with stable isotopes can be used. However, 13 C 6 glucose is cheaper and more stable than other stable isotope-labeled compounds. Therefore, when putting this microbial test method and microbial test system into practical use, cost and quality assurance can be avoided. This is advantageous.

(検査対象微生物種)
本微生物検査方法および微生物検査システムにおいて検査の対象とするのは、一般的に病院の検査室などで検査対象となる、細菌や真菌などの微生物である。微生物種に関しては、あらかじめ定めずに検査を行うことが可能である。また、患者の症状や染色標本の顕微鏡観察の結果、一次培養に用いた寒天平板培地の種類、コロニーの外観・形状、微生物の遺伝子の塩基配列情報などに基づいて、微生物種を推定または同定することが可能である。さらに、MALDI-TOF質量分析装置を用いた検査方法で種同定することも可能である。微生物種が推定または同定できる場合には、対象微生物種に適した薬剤に対象を絞って薬剤感受性試験を行うことが可能である。検査対象とするのは、ヒトに感染する微生物だけでなく、家畜やペットの動物などに感染する微生物も含まれる。
(Microorganisms subject to inspection)
In the present microorganism testing method and microorganism testing system, the target of inspection is microorganisms such as bacteria and fungi that are generally inspected in a hospital laboratory or the like. It is possible to inspect microbial species without pre-determining. Estimate or identify microbial species based on microscopic observation of patient symptoms and stained specimens, based on the type of agar plate used for primary culture, appearance and shape of colonies, base sequence information of microbial genes, etc. It is possible. Furthermore, it is possible to identify a species by an inspection method using a MALDI-TOF mass spectrometer. If the microbial species can be estimated or identified, it is possible to conduct a drug susceptibility test focusing on drugs suitable for the target microbial species. Test targets include not only microorganisms that infect humans but also microorganisms that infect livestock and pet animals.

(薬剤希釈系列)
準備した菌懸濁液を本微生物検査システムにセットした後に、例えば図3に示されるように、菌懸濁液導入口311より菌懸濁液が各培養容器302に送られる。各培養容器には、あらかじめ異なる量の薬剤が含まれており、異なった濃度の薬剤を含む試料が準備される。これを複数種類の薬剤について準備する。同時に、対照として薬剤を含まない試料(標準培養と呼ぶ)も準備する。薬剤の種類と濃度に関しては、検査対象となる微生物またはその候補種に応じて選択するものとする。薬剤の濃度は、希釈系列を用いることも可能であるし、薬剤耐性菌の判定などのために所定の濃度のみに限定することも可能である。なお、薬剤を添加した後に、各培養容器に送ることも可能である。このように異なった濃度の薬剤を含む複数の試料を準備し、濃度に応じた薬剤感受性情報を取得すれば、当該菌に対する薬剤の影響を濃度に応じて評価することが可能となる。
(Drug dilution series)
After the prepared bacterial suspension is set in the present microorganism inspection system, the bacterial suspension is sent to each culture container 302 from the bacterial suspension inlet 311 as shown in FIG. Each culture container contains different amounts of drugs in advance, and samples containing different concentrations of drugs are prepared. This is prepared for a plurality of types of drugs. At the same time, a sample containing no drug (referred to as standard culture) is also prepared as a control. The type and concentration of the drug are selected according to the microorganism to be examined or its candidate species. The concentration of the drug can be a dilution series, or can be limited to a predetermined concentration for determination of drug-resistant bacteria. In addition, after adding a chemical | medical agent, it is also possible to send to each culture container. By preparing a plurality of samples containing drugs with different concentrations in this way and acquiring drug sensitivity information according to the concentrations, it is possible to evaluate the effects of the drugs on the bacteria according to the concentrations.

(培養および培養時間)
準備した試料について培養装置301において一定の温度で培養を行う。温度に関しては、必要に応じて設定を行うが、臨床検体の場合例えば32〜40℃、通常は37℃で行うことが多い。培養および質量分析による代謝産物の測定に関しては、培養を行いながら適宜培地を採取して行うことが可能である。また、一定の時間培養の後に行うことも可能である。培養する時間は、検査対象とする微生物種に応じて予め定めておくことが可能である。また、薬剤を含まない標準培養における増殖から判定することも可能である。その場合には、一定時間ごとに培地を採取し、本微生物検査システムで測定を行い、所定の成分(代謝産物)が所定の濃度に達した時点をもって培養を終了することが可能である。
(Culture and incubation time)
The prepared sample is cultured at a constant temperature in the culture apparatus 301. The temperature is set as necessary, but in the case of clinical specimens, for example, it is often set at, for example, 32 to 40 ° C., usually 37 ° C. The measurement of the metabolite by culture and mass spectrometry can be performed by appropriately collecting a medium while culturing. It is also possible to carry out after culturing for a certain time. The incubation time can be determined in advance according to the microorganism species to be examined. It is also possible to determine from the growth in a standard culture containing no drug. In such a case, the culture medium can be collected at regular intervals, measured by the present microorganism testing system, and the culture can be terminated when a predetermined component (metabolite) reaches a predetermined concentration.

(前処理)
微生物を培養した後に、培地を採取し、前処理部303にて試料調製を行った後に、質量分析装置304で測定を行う。培地の採取に当たっては、孔径0.22μmまたは0.45μmのメンブレンフィルターを用いて培養液から微生物を除去し、培地のみを採取する。ただし、質量分析装置304におけるイオン化および測定の妨げにならない場合には、微生物を除去せずに、微生物を含む培養液を用いて測定することも可能である。
(Preprocessing)
After culturing the microorganisms, the medium is collected, sample preparation is performed by the pretreatment unit 303, and then measurement is performed by the mass spectrometer 304. In collecting the medium, microorganisms are removed from the culture solution using a membrane filter having a pore size of 0.22 μm or 0.45 μm, and only the medium is collected. However, when ionization and measurement in the mass spectrometer 304 are not hindered, it is also possible to perform measurement using a culture solution containing microorganisms without removing the microorganisms.

(質量分析)
薬剤が微生物の増殖に及ぼす影響は、次のような手順で行う。各培養液から採取した培地の質量分析により、培地中の所定の微生物代謝産物の濃度を測定する。測定の対象とする微生物由来の代謝産物は、微生物の種類に応じて選ぶものとする。例えば、培地にグルコースを添加し、グルコースの代謝によって生成し、菌体外に排出されるピルビン酸、乳酸、クエン酸、酢酸、エタノールなどを利用することが可能である。その他の糖類でも、菌種によって代謝されるか否かが異なるが、代謝される場合には、代謝産物としてピルビン酸、乳酸、クエン酸、酢酸、エタノールなどが生成される場合がある。また、それ以外の代謝産物も利用可能である。なお、代謝産物の濃度に関しては、絶対定量が望ましいが、必ずしもその必要はなく、異なる試料間で代謝産物の量の比較が行えればよく、質量分析の結果得られるスペクトルのピーク面積などの相対定量でもよい。
(Mass spectrometry)
The influence of the drug on the growth of microorganisms is performed by the following procedure. The concentration of a predetermined microbial metabolite in the medium is measured by mass spectrometry of the medium collected from each culture solution. Metabolites derived from microorganisms to be measured are selected according to the type of microorganism. For example, it is possible to use pyruvic acid, lactic acid, citric acid, acetic acid, ethanol, and the like that are produced by adding glucose to the medium, metabolizing glucose, and excreted outside the cells. Whether other saccharides are metabolized depends on the bacterial species, but when metabolized, pyruvic acid, lactic acid, citric acid, acetic acid, ethanol and the like may be generated as metabolites. Other metabolites can also be used. As for the concentration of metabolites, absolute quantification is desirable, but it is not always necessary. It is only necessary to be able to compare the amount of metabolites between different samples. Relative to the peak area of the spectrum obtained by mass spectrometry It may be quantitative.

(判定プロトコール)
質量分析で得られた代謝産物濃度からデータ解析部305において薬剤の効果を判定するプロトコールの具体的な例を図6A〜Cに示す。大腸菌におけるクロラムフェニコールの効果を本検査システムで測定した場合について、実施例1で測定した大腸菌におけるクロラムフェニコール濃度に対する培地中のピルビン酸濃度のデータに基づいて、MICの判定を行った。なお、ピルビン酸以外の代謝産物(例えば、乳酸やクエン酸など)を用いても、同様の操作が可能であり、様々な代謝産物から適したものを選択して、判定を行うものとする。
(Judgment protocol)
A specific example of a protocol for determining the effect of a drug in the data analysis unit 305 from the metabolite concentration obtained by mass spectrometry is shown in FIGS. When the effect of chloramphenicol in E. coli was measured with this test system, the MIC was determined based on the pyruvate concentration data in the medium relative to the chloramphenicol concentration in E. coli measured in Example 1. . Note that the same operation is possible even if a metabolite other than pyruvic acid (for example, lactic acid or citric acid) is used, and a suitable one is selected from various metabolites and the determination is made.

質量分析の項に記載のように測定したピルビン酸濃度について、図6Aに示すように、薬剤を含まない標準培養の試料1のデータ501と薬剤を含む培養の試料2のデータ502との間で比較503を行う。なお、図6A〜Cでは試料2のみを番号表示したが、以下、試料3〜試料10についても同様に試料1のデータとの比較操作を行う。図6Bは比較の結果を表にまとめたもので、図6Cはクロラムフェニコール濃度に対してピルビン酸の相対濃度をプロットしたグラフである。比較の結果、標準培養よりもピルビン酸濃度が低い培養について、薬剤の効果によって大腸菌の増殖または代謝が抑制された、あるいは大腸菌が死んだものと判断する。この場合に、ピルビン酸濃度の比によって薬剤の効果を判定することが可能である。すなわち、標準培養における代謝産物濃度504を100として、クロラムフェニコールを含む試料2における代謝産物濃度の比率505、すなわち相対濃度を算出する。以下、他の試料3から試料10についても同様に代謝産物の相対濃度を算出する。この相対濃度がある一定の閾値506よりも低い場合に薬剤の効果があると判断する。その閾値となる相対濃度に関しては、微生物種や薬剤の種類によって定めるものとする。薬剤の希釈系列を用いて異なる濃度の薬剤存在下で大腸菌を培養した際には、大腸菌由来の代謝産物がバックグランドレベルしか検出されなかった薬剤濃度のうち、最も低い薬剤濃度を最小発育阻止濃度(MIC)507とする。今回は、試料4におけるクロラムフェニコール濃度2μg/mLがMICとなる。   For the pyruvic acid concentration measured as described in the section of mass spectrometry, as shown in FIG. 6A, between the data 501 of the standard culture sample 1 containing no drug and the data 502 of the culture sample 2 containing the drug. Comparison 503 is performed. 6A to 6C, only the sample 2 is numbered, but the comparison operation with the data of the sample 1 is similarly performed for the samples 3 to 10 below. FIG. 6B summarizes the results of the comparison, and FIG. 6C is a graph plotting the relative concentration of pyruvic acid against the chloramphenicol concentration. As a result of the comparison, it is judged that the growth or metabolism of Escherichia coli is suppressed or the Escherichia coli is dead due to the effect of the drug for the culture having a lower pyruvic acid concentration than the standard culture. In this case, the effect of the drug can be determined by the ratio of pyruvic acid concentration. That is, assuming that the metabolite concentration 504 in the standard culture is 100, the metabolite concentration ratio 505 in the sample 2 containing chloramphenicol, that is, the relative concentration is calculated. Hereinafter, the relative concentrations of metabolites are similarly calculated for the other samples 3 to 10. When this relative concentration is lower than a certain threshold value 506, it is determined that there is a drug effect. The relative concentration serving as the threshold is determined according to the type of microorganism or the type of drug. When culturing E. coli in the presence of different concentrations of drugs using a dilution series of drugs, the lowest drug concentration among the drug concentrations at which only E. coli-derived metabolites were detected was detected as the minimum growth inhibitory concentration. (MIC) 507. This time, the chloramphenicol concentration in sample 4 is 2 μg / mL.

上述した代謝産物濃度のバックグランドレベルに関しては、各薬剤濃度における代謝産物濃度を結んだグラフの直線の傾きから判定することが可能である。例えば、横軸にクロラムフェニコール濃度をとった図6Cのグラフにおいて、各薬剤濃度におけるピルビン酸濃度を結んだ直線がほぼ水平で、その傾きの絶対値がある一定の閾値以下で、各薬剤濃度間でピルビン酸濃度の変化がほとんど生じないような状態をバックグランドレベルと判定することが可能である。図6Cのグラフにおいて、標準培養におけるピルビン酸濃度504と、クロラムフェニコールを含む試料2におけるピルビン酸濃度505を結ぶ直線508の傾き509を算出する。以下、他の試料2から試料10の隣り合う試料の間についてもグラフの傾きを算出する。その結果、試料4(クロラムフェニコール濃度2μg/mL)以降ではグラフの直線がほぼ水平で、傾きの絶対値が小さく、ピルビン酸濃度の変化がほとんど生じていないと判断される。したがって、これらの濃度におけるピルビン酸濃度がバックグランドレベルと判定され、これよりもピルビン酸濃度が高くなったクロラムフェニコール濃度0.0μg/mL、0.5μg/mL、1μg/mLの試料において大腸菌の増殖が生じている。   The background level of the metabolite concentration described above can be determined from the slope of the straight line of the graph connecting the metabolite concentrations at each drug concentration. For example, in the graph of FIG. 6C in which the horizontal axis represents the chloramphenicol concentration, the straight line connecting the pyruvic acid concentration at each drug concentration is almost horizontal, and the absolute value of the slope is less than a certain threshold value. A state in which a change in pyruvic acid concentration hardly occurs between the concentrations can be determined as the background level. In the graph of FIG. 6C, a slope 509 of a straight line 508 connecting the pyruvic acid concentration 504 in the standard culture and the pyruvic acid concentration 505 in the sample 2 containing chloramphenicol is calculated. Hereinafter, the slope of the graph is also calculated between other samples 2 to 10 adjacent to each other. As a result, in sample 4 (chloramphenicol concentration 2 μg / mL) and later, the straight line of the graph is almost horizontal, the absolute value of the slope is small, and it is judged that there is almost no change in the pyruvic acid concentration. Therefore, the pyruvate concentration at these concentrations was determined to be the background level, and in the samples with chloramphenicol concentrations of 0.0 μg / mL, 0.5 μg / mL, and 1 μg / mL, the pyruvate concentration was higher than this. Proliferation has occurred.

(判定結果表示)
以上の判定結果は、表示部308に表示される。図7にその表示画面のインターフェースを示す。標準培養におけるピルビン酸濃度を100とした場合の、クロラムフェニコールを異なる濃度で添加した各試料におけるピルビン酸の相対濃度を算出し、図7のAに示すような5段階に分けて表示を行った。それぞれの段階は、相対濃度0以上5未満を段階1、5以上10未満を段階2、10以上20未満を段階3、20以上50未満を段階4、50以上を段階5とし、それぞれを異なる色や形でインターフェース上に表示する。これを図7のBに示すようなインターフェースで表示する。また、大腸菌ATCC 25922におけるクロラムフェニコールのMICの結果として、「試料4」とその薬剤濃度「2μg/mL」を表示する。なお、この段階区分に関しては、段階の数を多くしたり、区切りとなる数値を変えたりすることが可能である。
(Judgment result display)
The above determination results are displayed on the display unit 308. FIG. 7 shows the interface of the display screen. When the concentration of pyruvate in the standard culture is set to 100, the relative concentration of pyruvate in each sample to which chloramphenicol was added at different concentrations was calculated and displayed in five stages as shown in FIG. went. Each stage has a relative density of 0 to less than 5, Stage 1, 5 to less than 10, Stage 2, 10 to less than 20, Stage 3, 20 to less than 50, Stage 4, and 50 to Stage 5, each with a different color And display it on the interface. This is displayed by an interface as shown in FIG. In addition, as a result of the MIC of chloramphenicol in E. coli ATCC 25922, “Sample 4” and its drug concentration “2 μg / mL” are displayed. It should be noted that with respect to this stage division, it is possible to increase the number of stages or change the numerical value as a break.

次に、複数の薬剤に関して薬剤感受性試験を行った結果を表示するインターフェースの例を図7のCに示す。例として、培地に炭素源としてグルコースを添加し、薬剤A、薬剤B、薬剤Cの3種類の薬剤について検討を行い、それぞれ濃度1から濃度10について感受性試験を行った場合の結果を示す。また、薬剤無添加の試料を薬剤濃度0の標準培養とし、この試料におけるグルコース代謝産物であるピルビン酸濃度を100として、他の試料におけるピルビン酸濃度の比率を計算した。インターフェースには、図7のAに示すような5段階に分けて表示を行った。その結果として、薬剤Aにおいては、濃度6以上ではピルビン酸が検出されず、濃度5以下ではピルビン酸が検出されたので、濃度6以上ではグルコース代謝が起きておらず、増殖が抑制されたことを示している。薬剤Bにおいては、濃度8以上ではピルビン酸が検出されず、濃度7以下ではピルビン酸が検出されたので、濃度8以上ではグルコース代謝が起きておらず、増殖が抑制されたことを示している。薬剤Cにおいては、濃度4以上ではピルビン酸が検出されず、濃度3以下ではピルビン酸が検出されたので、濃度4以上ではグルコース代謝が起きておらず、増殖が抑制されたことを示している。したがって、薬剤AにおけるMICは濃度6、薬剤BにおけるMICは濃度8、薬剤CにおけるMICは濃度4と判定され、最も効果の高いのは薬剤Cであった。なお、図7のCにおける濃度0の標準培養は、薬剤ごとに準備する必要はなく、全体で1個準備すればよい。   Next, FIG. 7C shows an example of an interface that displays the results of drug sensitivity tests on a plurality of drugs. As an example, glucose is added to the medium as a carbon source, and three types of drugs, drug A, drug B, and drug C, are examined, and the results of sensitivity tests at concentrations 1 to 10 are shown. Moreover, the ratio of the pyruvic acid concentration in the other samples was calculated by setting the sample without the drug as a standard culture with a drug concentration of 0 and setting the concentration of pyruvate as a glucose metabolite in this sample as 100. The interface was displayed in five stages as shown in FIG. As a result, in drug A, pyruvic acid was not detected at a concentration of 6 or higher, and pyruvic acid was detected at a concentration of 5 or lower. Therefore, glucose metabolism did not occur at a concentration of 6 or higher and growth was suppressed. Is shown. In drug B, pyruvic acid was not detected at a concentration of 8 or higher, and pyruvic acid was detected at a concentration of 7 or lower, indicating that glucose metabolism did not occur at a concentration of 8 or higher and growth was suppressed. . In drug C, pyruvic acid was not detected at a concentration of 4 or higher, and pyruvic acid was detected at a concentration of 3 or lower, indicating that glucose metabolism did not occur at a concentration of 4 or higher and growth was suppressed. . Therefore, the MIC for drug A was determined to be 6; the MIC for drug B was determined to be 8; the MIC for drug C was determined to be 4; drug C was the most effective. In addition, it is not necessary to prepare the standard culture with a concentration of 0 in C in FIG. 7 for each drug, and one standard culture may be prepared.

[実施例4]
次に、安定同位体標識された13C6グルコースを炭素源として用いた場合の具体的な効果を示す。実施例1ではLeMaster培地には1%のグルコースが含まれているが、このグルコースとして通常の12C6グルコースと、6個の炭素原子の全てが安定同位体13Cで標識された13C6グルコースを使用した場合とを比較した。実施例1と同様の方法で、炭素源として通常の12C6グルコースを含む培地と、安定同位体標識13C6グルコースを含む培地を用いて、それぞれで大腸菌ATCC 25922株を培養し、菌体濃度と培地中のピルビン酸および乳酸の濃度の経時変化を測定した。12C6グルコースを用いた場合には、12C3ピルビン酸と12C3乳酸とが生成するので、12C3ピルビン酸と12C3乳酸を測定した。ただし、この場合には、グルコース以外に由来する12C3ピルビン酸と12C3乳酸も測定される。一方、13C6グルコースを用いた場合には、13C3ピルビン酸と13C3乳酸とが生成するので、13C3ピルビン酸と13C3乳酸を測定した。この場合には、グルコースに由来するピルビン酸と乳酸のみが測定される。
[Example 4]
Next, specific effects when 13 C 6 glucose labeled with a stable isotope is used as a carbon source will be described. In Example 1, the LeMaster medium contains 1% glucose. As this glucose, normal 12 C 6 glucose and 13 C 6 in which all 6 carbon atoms are labeled with a stable isotope 13 C are used. The case of using glucose was compared. In the same manner as in Example 1, using a medium containing normal 12 C 6 glucose as a carbon source and a medium containing stable isotope-labeled 13 C 6 glucose, E. coli ATCC 25922 strain was cultured, respectively, The time course of concentration and concentration of pyruvic acid and lactic acid in the medium was measured. When 12 C 6 glucose was used, 12 C 3 pyruvic acid and 12 C 3 lactic acid were produced, so 12 C 3 pyruvic acid and 12 C 3 lactic acid were measured. In this case, however, 12 C 3 pyruvic acid and 12 C 3 lactic acid derived from other than glucose are also measured. On the other hand, when 13 C 6 glucose is used, 13 C 3 pyruvic acid and 13 C 3 lactic acid are produced. Therefore, 13 C 3 pyruvic acid and 13 C 3 lactic acid were measured. In this case, only pyruvic acid and lactic acid derived from glucose are measured.

実際の測定結果を図8に示す。図8のBは、図8のAのグラフのピルビン酸濃度・乳酸濃度を示す縦軸の目盛を拡大したもので、ピルビン酸濃度および乳酸濃度の立ち上がりを分かりやすく示したものである。12C3ピルビン酸と13C3ピルビン酸のデータを比較すると、12C3ピルビン酸は、培養開始時からバックグランドがあり濃度の上昇が明確でないのに対し、13C3ピルビン酸に関しては、バックグランドを無くし、培養開始後1〜2時間でピルビン酸濃度が立ち上がり、増加することを検出することができた。これは、13C6グルコースを用いることにより、スペクトル上で重なっているピークを回避したことと、グルコース以外に由来するピルビン酸を排除したことによると考えられる。このように、安定同位体標識化合物を代謝基質として用いることにより、より短時間の培養で微生物の増殖を判定することが可能である。 The actual measurement results are shown in FIG. FIG. 8B is an enlarged scale of the vertical axis showing the pyruvate concentration / lactic acid concentration in the graph of FIG. 8A, and shows the rise of the pyruvate concentration and the lactic acid concentration in an easy-to-understand manner. Comparing the data of 12 C 3 pyruvate and 13 C 3 pyruvate, 12 C 3 pyruvate has a background from the beginning of the culture and the increase in concentration is not clear, whereas for 13 C 3 pyruvate, It was possible to detect that the pyruvic acid concentration rose and increased 1 to 2 hours after the start of culture without the background. This is considered to be due to the fact that peaks overlapping in the spectrum were avoided by using 13 C 6 glucose and pyruvic acid derived from other than glucose was excluded. Thus, by using a stable isotope labeled compound as a metabolic substrate, it is possible to determine the growth of microorganisms in a shorter time of culture.

[実施例5]
次に、本微生物検査システムにおいて微生物の生化学性状試験を行って微生物種を同定する場合について、図1で示した本発明の微生物検査方法のフローの具体的な実施の形態を説明する。また、微生物検査システムの具体的な構成例を図3に示す。本微生物検査システムを用いた生化学性状試験は、次のような手順に従って行う。
[Example 5]
Next, a specific embodiment of the flow of the microorganism testing method of the present invention shown in FIG. 1 will be described in the case where a microorganism species is identified by conducting a biochemical property test of microorganisms in the present microorganism testing system. Moreover, the specific structural example of a microbe test | inspection system is shown in FIG. The biochemical property test using this microorganism testing system is performed according to the following procedure.

実施例3と同様に菌懸濁液101を調製する。準備した菌懸濁液を本微生物検査システムの培養装置301にセットした後に、菌懸濁液導入口311より菌懸濁液が各培養容器302に送られる。各培養容器には、あらかじめ異なる代謝基質が含まれており、異なった代謝基質を含む試料が準備される。同時に、比較の対照となる試料(標準培養と呼ぶ)も準備する。微生物種同定のために培地に添加する基質となる物質(代謝基質)に関しては、各種の糖類やアミノ酸類があり、検査対象となる微生物種またはその候補種に応じて選択するものとする。培地に関しても、代謝の効果が判定できるのであれば、実施例3と同様に、化学合成培地、天然成分を含む培地、化学合成培地に天然成分を添加した半合成培地などを用いることが可能である。また、培地には、安定同位体標識をした化合物を添加し、その化合物から生成される代謝産物を測定することが可能である。本微生物検査方法および微生物検査システムにおいて検査の対象とするのは、一般的に病院の検査室などで検査対象となる、細菌や真菌などの微生物である。微生物種に関しては、あらかじめ定めずに検査を行うことが可能であるが、患者の症状や染色標本の顕微鏡観察の結果、一次培養に用いた寒天平板培地の種類、コロニーの外観・形状、微生物の遺伝子の塩基配列情報、MALDI-TOF質量分析装置を用いた検査結果などに基づいて推定または同定し、候補微生物に応じて適切な代謝基質に絞って検査を行うことが望ましい。   A bacterial suspension 101 is prepared in the same manner as in Example 3. After the prepared bacterial suspension is set in the culture apparatus 301 of the present microorganism inspection system, the bacterial suspension is sent to each culture vessel 302 from the bacterial suspension introduction port 311. Each culture container contains different metabolic substrates in advance, and samples containing different metabolic substrates are prepared. At the same time, a sample for comparison (referred to as standard culture) is also prepared. There are various sugars and amino acids as substances (metabolic substrates) to be added to the medium for identification of the microorganism species, and they are selected according to the microorganism species to be examined or its candidate species. Regarding the medium, as long as the effect of metabolism can be determined, similarly to Example 3, a chemically synthesized medium, a medium containing a natural component, a semi-synthetic medium obtained by adding a natural component to a chemically synthesized medium, or the like can be used. is there. In addition, a compound labeled with a stable isotope can be added to the medium, and metabolites generated from the compound can be measured. In the present microorganism testing method and microorganism testing system, the target of inspection is microorganisms such as bacteria and fungi that are generally inspected in a hospital laboratory or the like. Microorganisms can be inspected in advance, but as a result of microscopic observation of patient symptoms and stained specimens, the type of agar plate used for primary culture, colony appearance / shape, It is desirable to estimate or identify based on the information on the base sequence of the gene, the test results using a MALDI-TOF mass spectrometer, etc., and to perform the test focusing on an appropriate metabolic substrate according to the candidate microorganism.

次に、実施例3と同様に培養を行い、培地を採取し、前処理部303にて前処理を行った後に、質量分析装置304で測定を行う。各代謝基質が微生物の増殖に及ぼす影響は、実施例3と同様に、各培養液から採取した培地の質量分析により、培地中の所定の微生物代謝産物の濃度を測定することによって行う。測定の対象とする代謝産物は、微生物種に応じて選ぶものとする。例えば、培地にグルコースを添加し、グルコースの代謝によって生成し、菌体外に排出されるピルビン酸、乳酸、クエン酸、酢酸、エタノールなどを利用することが可能である。その他の糖類でも、微生物種によって代謝されるか否かが異なるが、代謝される場合には、代謝産物としてピルビン酸、乳酸、クエン酸、酢酸、エタノールなどが生成される場合がある。また、それ以外の代謝産物も利用可能である。なお、代謝産物の濃度に関しては、絶対定量が望ましいが、必ずしもその必要はなく、異なる試料間で代謝産物の量の比較が行えればよく、質量分析の結果得られるスペクトルのピーク面積などの相対定量でもよい。   Next, the culture is performed in the same manner as in Example 3, the medium is collected, pretreated by the pretreatment unit 303, and then measured by the mass spectrometer 304. The influence of each metabolic substrate on the growth of microorganisms is performed by measuring the concentration of a predetermined microbial metabolite in the medium by mass spectrometry of the medium collected from each culture solution, as in Example 3. The metabolite to be measured is selected according to the microorganism species. For example, it is possible to use pyruvic acid, lactic acid, citric acid, acetic acid, ethanol, and the like that are produced by adding glucose to the medium, metabolizing glucose, and excreted outside the cells. Whether other saccharides are metabolized differs depending on the microorganism species, but when metabolized, pyruvate, lactic acid, citric acid, acetic acid, ethanol and the like may be produced as metabolites. Other metabolites can also be used. As for the concentration of metabolites, absolute quantification is desirable, but it is not always necessary. It is only necessary to be able to compare the amount of metabolites between different samples. Relative to the peak area of the spectrum obtained as a result of mass spectrometry, etc. It may be quantitative.

[実施例6]
生化学性状試験において、質量分析で得られた代謝産物濃度からデータ解析によって各代謝基質の効果を判定するプロトコールの具体的な例を次に示す。
[Example 6]
In the biochemical property test, a specific example of a protocol for determining the effect of each metabolite by data analysis from the metabolite concentration obtained by mass spectrometry is shown below.

大腸菌Escherichia coli ATCC 25922株および黄色ブドウ球菌Staphylococcus aureus ATCC 6538株において、各種糖基質の代謝を判定し、その代謝パターンが異なることを示す。これによって、大腸菌と黄色ブドウ球菌とを判別することが可能である。実施例1で使用したLeMaster培地には1%のグルコースが含まれているが、このグルコースの代わりに各種糖基質を1%の濃度となるように添加して使用した。大腸菌の糖代謝基質として、グルコース、ソルビトール、L-ラムノース、D-アラビノース、スクロース、D-ラフィノースを選んだ。また、黄色ブドウ球菌の糖代謝基質として、グルコース、トレハロース、D-マンニトール、マンノース、ラクトース、D-ラフィノースを選んだ。以上の各糖基質について、グルコースの代わりに各糖基質を含むLeMaster培地を調製した。また、糖基質を含まない培地も準備した。これらの培地を用いて、大腸菌および黄色ブドウ球菌を培養し、培養開始後6時間において培地を採取し、質量分析により培地中のピルビン酸濃度および乳酸濃度を測定した。   In E. coli Escherichia coli ATCC 25922 strain and Staphylococcus aureus ATCC 6538 strain, the metabolism of various sugar substrates is determined and the metabolic patterns are different. This makes it possible to distinguish between E. coli and S. aureus. The LeMaster medium used in Example 1 contained 1% glucose, but instead of this glucose, various sugar substrates were added to a concentration of 1%. Glucose, sorbitol, L-rhamnose, D-arabinose, sucrose, and D-raffinose were selected as E. coli sugar metabolism substrates. In addition, glucose, trehalose, D-mannitol, mannose, lactose, and D-raffinose were selected as sugar metabolism substrates for Staphylococcus aureus. For each of the above sugar substrates, a LeMaster medium containing each sugar substrate instead of glucose was prepared. A medium not containing a sugar substrate was also prepared. Escherichia coli and Staphylococcus aureus were cultured using these media, and the media were collected 6 hours after the start of the culture, and the pyruvate concentration and lactic acid concentration in the media were measured by mass spectrometry.

これらの試料について、得られた質量分析のスペクトルを図9Aおよび図9Bに示す。図9Aは、大腸菌において各種糖基質の代謝によって得られたスペクトルである。また、図9Bは、黄色ブドウ球菌において各種糖基質の代謝によって得られたスペクトルである。これらのスペクトルデータを基にして、グルコースを含む培地で培養した試料におけるピルビン酸および乳酸の濃度を100として、各糖基質を含む試料におけるピルビン酸および乳酸の濃度の比率、すなわち相対濃度を算出した。また、糖基質を含まない培養においても相対濃度を算出した。その結果を、図10のAに示す5段階に分けて表示した。それぞれの段階は、相対濃度0以上20未満を段階1、20以上40未満を段階2、40以上60未満を段階3、60以上80未満を段階4、80以上を段階5とし、それぞれを異なる色や形でインターフェース上に表示する。その結果、大腸菌における結果は、図10のBのようになる。また、黄色ブドウ球菌における結果は、図10のCのようになる。これらの代謝パターンは、各菌種に特徴的なものと考えられる。そこで、この代謝パターンを、各菌種において測定し、代謝パターンのデータベースを構築する。このデータベースに対して、菌種が不明な微生物において取得した代謝パターンを参照することにより、菌種を同定することができる。その際に、使用する代謝基質の種類を増やし、各菌種に特徴的な代謝反応を検出すれば、同定の精度を上げることが可能である。   The spectra of the mass spectrometry obtained for these samples are shown in FIGS. 9A and 9B. FIG. 9A is a spectrum obtained by metabolism of various sugar substrates in E. coli. FIG. 9B is a spectrum obtained by metabolism of various sugar substrates in Staphylococcus aureus. Based on these spectral data, the concentration ratio of pyruvic acid and lactic acid in the sample containing each sugar substrate, that is, the relative concentration was calculated with the concentration of pyruvic acid and lactic acid in the sample cultured in a medium containing glucose as 100. . Relative concentrations were also calculated for cultures that did not contain a sugar substrate. The results were displayed in five stages shown in FIG. Each stage has a relative density of 0 to less than 20, stage 1, 20 to less than 40, stage 2, 40 to less than 60, stage 3, 60 to less than 80, stage 4, and 80 or more to stage 5, each with a different color And display it on the interface. As a result, the result in E. coli is as shown in FIG. Moreover, the result in S. aureus is as shown in FIG. These metabolic patterns are considered to be characteristic for each bacterial species. Therefore, this metabolic pattern is measured for each bacterial species, and a database of metabolic patterns is constructed. The bacterial species can be identified by referring to this database with a metabolic pattern obtained in a microorganism whose bacterial species are unknown. In that case, the accuracy of identification can be improved by increasing the types of metabolic substrates to be used and detecting metabolic reactions characteristic of each bacterial species.

なお、特定の培地を用いて所定の時間の培養を行った際に、培地を質量分析して得られるスペクトルパターンは、各微生物種に特徴的なものであり、これに基づいて微生物種の同定が可能であると考えられる。図9Aおよび図9Bは、それぞれ大腸菌および黄色ブドウ球菌における糖基質代謝によって産生されるピルビン酸および乳酸に関するスペクトルパターンである。同じグルコースに由来するスペクトルでも、大腸菌(図9Aの(2))と黄色ブドウ球菌(図9Bの(2))とではパターンが異なっている。これをさらに多くの代謝基質および代謝産物に適用すれば、そのパターンによって菌種を同定することが可能になる。そのために、培地を質量分析して得られるスペクトルのピークパターンを各微生物種において測定し、そのデータベースを構築する。このデータベースに対して、菌種が不明な微生物において取得したスペクトルのピークパターンを参照することにより、簡便に菌種を同定することが可能である。   Note that the spectrum pattern obtained by mass spectrometry of a medium when culturing for a predetermined time using a specific medium is characteristic of each microorganism species, and identification of the microorganism species based on this spectrum pattern Is considered possible. 9A and 9B are spectral patterns for pyruvate and lactic acid produced by sugar substrate metabolism in E. coli and S. aureus, respectively. Even in the spectrum derived from the same glucose, the pattern is different between Escherichia coli ((2) in FIG. 9A) and Staphylococcus aureus ((2) in FIG. 9B). If this is applied to more metabolic substrates and metabolites, it is possible to identify bacterial species by their patterns. For this purpose, the peak pattern of the spectrum obtained by mass spectrometry of the medium is measured for each microorganism species, and its database is constructed. By referring to this database with reference to the peak pattern of the spectrum obtained for a microorganism whose species is unknown, it is possible to easily identify the species.

上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   The above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

101:菌懸濁液調製ステップ
102:培養試料準備ステップ
102-1:薬剤感受性試験用培養試料調製ステップ
102-2:生化学性状試験用培養試料調製ステップ
103:培養ステップ
104:培養液(培地)採取ステップ
105:前処理(質量分析用試料調製)ステップ
106:質量分析ステップ
107:データ解析ステップ
108:検査結果表示・出力ステップ
109:検査対象微生物
110:薬剤を添加していない標準培養用試料
111:それぞれ異なる濃度の薬剤を添加した試料
112:それぞれ異なる代謝基質を添加した試料
201、301:培養装置
202、303:前処理部
203、304:質量分析装置
203-1:質量分析装置イオン化部
203-2:質量分析装置質量分析部
204、305:データ解析部
205、317:菌種同定用データベース
206、306:制御部
207、307:入力部
208、308:表示部
209、309:出力部
210、310:記憶装置
302:培養容器
311:菌懸濁液導入口
312:送液系
313:送液系バルブ
314:洗浄液タンク
315:システム液タンク
316:廃液タンク
101: Bacteria suspension preparation step
102: Culture sample preparation step
102-1: Step of preparing culture sample for drug sensitivity test
102-2: Preparation of culture sample for biochemical property test
103: Culture step
104: Culture solution (medium) collection step
105: Pretreatment (sample preparation for mass spectrometry) step
106: Mass spectrometry step
107: Data analysis step
108: Inspection result display / output step
109: Microorganisms to be tested
110: Standard culture sample without added drug
111: Samples with different concentrations of drug added
112: Samples with different metabolic substrates added
201, 301: Culture equipment
202, 303: Preprocessing section
203, 304: Mass spectrometer
203-1: Mass spectrometer ionization section
203-2: Mass spectrometer
204, 305: Data analysis section
205, 317: Species identification database
206, 306: Control unit
207, 307: Input section
208, 308: Display section
209, 309: Output section
210, 310: Storage device
302: Culture container
311: Bacteria suspension inlet
312: Liquid delivery system
313: Liquid supply system valve
314: Cleaning liquid tank
315: System liquid tank
316: Waste liquid tank

Claims (15)

薬剤および/または代謝基質を添加した培地において微生物を培養し、該培地に含まれる該微生物が生成し細胞外に排出した代謝産物に対して質量分析を行い、該質量分析により決定した該代謝産物の種類および量に基づいて、該微生物の種類を同定すものであり、
前記代謝産物は、ピルビン酸および乳酸のうちいずれか1つまたは両方であることを特徴とする微生物検査方法。
The microorganism is cultured in a medium to which a drug and / or a metabolic substrate is added, the metabolite produced by the microorganism contained in the medium is subjected to mass spectrometry, and the metabolite determined by the mass spectrometry is determined. based on the type and amount, it is those you identify the type of the microorganism,
The method of testing microorganisms, wherein the metabolite is any one or both of pyruvic acid and lactic acid.
前記質量分析により決定した前記代謝産物の種類および量に基づいて、前記薬剤および/または代謝基質の前記微生物に与える影響をさらに判定する、請求項1に記載の微生物検査方法。2. The microorganism testing method according to claim 1, wherein the influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism is further determined based on the type and amount of the metabolite determined by the mass spectrometry. 前記薬剤の添加量がそれぞれ異なる複数の培地において前記微生物を培養し、該複数の培地に含まれる代謝産物に対してそれぞれ質量分析を行い、該複数の培地の間で代謝産物の種類および量を比較し、その比較結果に基づいて、該薬剤の該微生物に与える抗菌特性を判定することを特徴とする請求項2に記載の微生物検査方法。 The microorganisms are cultured in a plurality of media with different amounts of the drug added, mass spectrometry is performed on metabolites contained in the media, and the types and amounts of the metabolites are determined between the media. 3. The microorganism testing method according to claim 2 , wherein the antibacterial property of the drug given to the microorganism is determined based on the comparison result. 分離培養された微生物に被検薬剤を無添加の試料と、分離培養された微生物に1種類または複数種類の被検薬剤をそれぞれ異なる濃度で添加した複数の試料と、から成る各試料を準備する工程と、
前記各試料を培養する工程と、
培養された前記各試料から前記微生物を除去した培地を採取して質量分析のための前処理を行う工程と、
前処理された前記培地の成分を質量分析する工程と、
前記質量分析で得られたスペクトルデータを解析し、前記微生物に由来する代謝産物の種類および量を決定し、前記複数の試料の間で比較することによって異なる濃度の前記被検薬剤が前記微生物に与える影響を判定する工程と
を含むことを特徴とする請求項2に記載の微生物検査方法。
Prepare each sample consisting of a sample with no test drug added to the separately cultured microorganism and a plurality of samples with one or more test drugs added at different concentrations to the separately cultured microorganism. Process,
Culturing each of the samples;
Collecting a medium from which the microorganisms have been removed from each of the cultured samples and performing a pretreatment for mass spectrometry;
Mass spectrometric analysis of the pre-treated medium components;
By analyzing the spectral data obtained by the mass spectrometry, determining the type and amount of metabolites derived from the microorganism, and comparing the plurality of samples with different concentrations of the test drug in the microorganism. 3. The microorganism testing method according to claim 2 , further comprising a step of determining an influence exerted.
分離培養された微生物に、それぞれに異なる代謝基質を添加した複数の試料の各試料を準備する工程と、
前記各試料を培養する工程と、
培養された前記各試料から前記微生物を除去した培地を採取して質量分析のための前処理を行う工程と、
前処理された前記培地の成分を質量分析する工程と、
前記質量分析で得られたスペクトルデータを解析し、前記微生物に由来する代謝産物の種類および量を決定し、前記各試料の間で比較することによって前記微生物種を同定する工程と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の微生物検査方法。
Preparing each sample of a plurality of samples obtained by adding different metabolic substrates to each separately cultured microorganism;
Culturing each of the samples;
Collecting a medium from which the microorganisms have been removed from each of the cultured samples and performing a pretreatment for mass spectrometry;
Mass spectrometric analysis of the pre-treated medium components;
Analyzing the spectral data obtained by the mass spectrometry, determining the type and amount of metabolites derived from the microorganism, and comparing the samples to identify the microbial species. 2. The microorganism testing method according to claim 1, wherein
前記各試料には、安定同位体標識化合物が代謝基質として含まれており、前記安定同位体標識化合物より生成され前記微生物の細胞外に排出される安定同位体で標識された代謝産物を、質量分析することを特徴とする請求項4または5に記載の微生物検査方法。 Each sample contains a stable isotope-labeled compound as a metabolic substrate, and a metabolite labeled with a stable isotope produced from the stable isotope-labeled compound and discharged outside the cells of the microorganism 6. The microorganism testing method according to claim 4 or 5 , wherein analysis is performed. 前記質量分析を行って得られたスペクトルデータを、各種微生物で得られたスペクトルデータから構成されるデータベースと照合し、その結果から前記微生物種を同定することを特徴とする請求項1または5に記載の微生物検査方法。 The spectral data obtained by the mass spectrometry, against the database constructed from the spectrum data obtained in various microorganisms, to claim 1 or 5, wherein the identification of the microbial species from the result The microbe inspection method as described. 薬剤および/または代謝基質が添加された培地を含む、微生物を培養するための培養容器を備えた培養部と、
前記培地の成分を分析するための質量分析装置と、
前記質量分析装置により決定された前記培地中の前記微生物に由来する代謝産物の種類および量に基づいて、前記微生物の種類を同定す解析部とを備え、
前記代謝産物は、ピルビン酸および乳酸のうちいずれか1つまたは両方であることを特徴とする微生物検査システム。
A culture section comprising a culture vessel for culturing microorganisms, comprising a medium supplemented with a drug and / or a metabolic substrate;
A mass spectrometer for analyzing the components of the medium;
Based on the type and amount of metabolites derived from the microorganism in the culture medium determined by said mass spectrometer, comprising an analysis unit you identify the type of the microorganism,
The metabolite is any one or both of pyruvic acid and lactic acid.
前記解析部がさらに前記薬剤および/または代謝基質の前記微生物に与える影響を判定する、請求項8に記載の微生物検査システム。9. The microorganism testing system according to claim 8, wherein the analysis unit further determines an influence of the drug and / or metabolic substrate on the microorganism. 前記培養部が、前記薬剤の添加量がそれぞれ異なる複数の培地および/または前記代謝基質の種類がそれぞれ異なる複数の培地を含む複数の培養容器を備えるものであり、前記質量分析装置が、前記複数の培地について分析するものであり、前記解析部が、前記複数の培地の間で前記代謝産物の種類および量を比較し、前記微生物の種類を同定する、あるいは前記薬剤および/または代謝基質の前記微生物に与える抗菌特性を判定することを特徴とする請求項8または9に記載の微生物検査システム。 The culture unit includes a plurality of culture vessels including a plurality of culture media having different amounts of the drug added and / or a plurality of culture media having different types of the metabolic substrates, and the mass spectrometer is configured to include the plurality of culture vessels. Wherein the analysis unit compares the types and amounts of the metabolites among the plurality of media to identify the types of the microorganisms, or the drugs and / or metabolic substrates. 10. The microorganism testing system according to claim 8 or 9 , wherein an antibacterial property given to the microorganism is determined. 分離培養された微生物を培養するための、被検薬剤を無添加の試料と、1種類または複数種類の被検薬剤をそれぞれ異なる濃度で添加された複数の試料と、から成る各試料を含む培養容器を備えた培養部と、
前記培養部の前記培養容器の各々から前記微生物を除去した培地を採取して質量分析のための前処理を行う前処理部と、
前記前処理部で処理した前記培地の成分を分析する質量分析装置と、
前記培養部と前記前処理部と前記質量分析装置の間で前記各試料および前記培地を運ぶ機構と、
前記質量分析装置で得られたスペクトルデータを解析し、前記微生物に由来する代謝産物の種類および量を決定し、前記各試料の間で前記代謝産物の種類および量を比較することによって異なる濃度の前記被検薬剤が前記微生物に与える影響を判定する解析部と、
システム全体を制御および運用するための制御部と
を備えることを特徴とする請求項9に記載の微生物検査システム。
A culture containing each sample consisting of a sample to which no test drug is added and a plurality of samples to which one or a plurality of types of test drugs are added at different concentrations for culturing separated microorganisms A culture section equipped with a container;
A pretreatment unit for collecting a medium from which the microorganisms have been removed from each of the culture containers of the culture unit and performing a pretreatment for mass spectrometry;
A mass spectrometer for analyzing the components of the medium processed in the pretreatment unit;
A mechanism for transporting each sample and the medium between the culture unit, the pretreatment unit, and the mass spectrometer;
Analyzing the spectral data obtained by the mass spectrometer, determining the type and amount of the metabolite derived from the microorganism, and comparing the type and amount of the metabolite between the samples, An analysis unit for determining the influence of the test drug on the microorganism;
10. The microorganism testing system according to claim 9 , further comprising a control unit for controlling and operating the entire system.
分離培養された微生物を培養するための、それぞれに異なる代謝基質を添加した複数の試料の各試料を含む培養容器を備えた培養部と、
前記培養部の前記培養容器の各々から前記微生物を除去した培地を採取して質量分析のための前処理を行う前処理部と、
前記前処理部で処理した前記培地の成分を分析する質量分析装置と、
前記培養部と前記前処理部と前記質量分析装置の間で前記各試料および前記培地を運ぶ機構と、
前記質量分析装置で得られたスペクトルデータを解析し、前記微生物に由来する代謝産物の種類および量を決定し、前記各試料の間で前記代謝産物の種類および量を比較することによって前記微生物種を同定する解析部と、
システム全体を制御および運用するための制御部と
を備えることを特徴とする請求項8に記載の微生物検査システム。
A culture section including a culture container containing each sample of a plurality of samples each having a different metabolic substrate added thereto, for culturing the separately cultured microorganisms;
A pretreatment unit for collecting a medium from which the microorganisms have been removed from each of the culture containers of the culture unit and performing a pretreatment for mass spectrometry;
A mass spectrometer for analyzing the components of the medium processed in the pretreatment unit;
A mechanism for transporting each sample and the medium between the culture unit, the pretreatment unit, and the mass spectrometer;
Analyzing spectral data obtained by the mass spectrometer, determining the type and amount of the metabolite derived from the microorganism, and comparing the type and amount of the metabolite between the samples An analysis unit for identifying
9. The microorganism testing system according to claim 8 , further comprising a control unit for controlling and operating the entire system.
前記培養部が、安定同位体標識化合物を代謝基質として含む培地を含む培養器を備えるものであり、前記質量分析装置が、前記安定同位体標識化合物より生成され前記微生物細胞外に排出される安定同位体で標識された代謝産物を質量分析することを特徴とする請求項11または12に記載の微生物検査システム。 The culture unit includes an incubator including a medium containing a stable isotope-labeled compound as a metabolic substrate, and the mass spectrometer is stably generated from the stable isotope-labeled compound and discharged out of the microbial cell. 13. The microorganism testing system according to claim 11 or 12 , wherein the metabolite labeled with an isotope is subjected to mass spectrometry. 前記解析部が、質量分析装置で得られたスペクトルデータを、各種微生物で得られたスペクトルデータから構成されるデータベースと照合し、その結果から前記微生物種を同定することを特徴とする請求項8または12に記載の微生物検査システム。 Claim 8 wherein the analyzing unit, the spectral data obtained by the mass spectrometer, against the database constructed from the spectrum data obtained in various microorganisms, and identifying the microbial species from the result Or the microbe inspection system of 12 . 前記解析部で得られた結果を表示、出力または記憶する手段をさらに備えることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の微生物検査システム。 13. The microorganism testing system according to claim 8 , further comprising means for displaying, outputting, or storing a result obtained by the analysis unit.
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