Медицинская микробиология - Medical microbiology

Микробиолог изучает культуры под препаровальным микроскопом.

Медицинская микробиология, большое подмножество микробиология то есть применяемый к лекарство, это раздел медицинской науки, занимающийся профилактикой, диагностикой и лечением инфекционные заболевания. Кроме того, эта область науки изучает различные клинические применения микробов для улучшения здоровья. Есть четыре вида микроорганизмы вызывающие инфекционное заболевание: бактерии, грибы, паразиты и вирусы, и один тип инфекционного белка, называемый прион.

Медицинский микробиолог изучает характеристики патогены, способы их передачи, механизмы заражения и роста. Академическая квалификация клинического / медицинского микробиолога в больнице или медицинском исследовательском центре обычно требует наличия степени магистра микробиологии и доктора философии. в любой из наук о жизни (Биохимия, Микро, Биотехнология, Генетика и т. д.).[1] Используя эту информацию, можно разработать лечение. Медицинские микробиологи часто выступают консультантами врачи, обеспечивая идентификацию патогенов и предлагая варианты лечения. Другие задачи могут включать выявление потенциальных рисков для здоровья населения или мониторинг развития потенциально ядовитый или устойчивые штаммы микробов, обучая сообщество и помогая в разработке методов здравоохранения. Они также могут помочь предотвратить или контролировать эпидемии и вспышки заболеваний. Не все медицинские микробиологи изучают микробиологические патология; некоторые изучают общие, непатогенные виды, чтобы определить, можно ли использовать их свойства для развития антибиотики или другие методы лечения.

Эпидемиология, изучение закономерностей, причин и следствий здоровье и болезнь Условия в популяциях, является важной частью медицинской микробиологии, хотя клинический аспект этой области в первую очередь сосредоточен на наличии и росте микробных инфекций у людей, их влиянии на организм человека и методах лечения этих инфекций. В этом отношении всю область, как прикладную науку, можно концептуально разделить на академические и клинические под-специальности, хотя на самом деле существует плавный континуум между микробиология общественного здравоохранения и клиническая микробиология, так же как и современное состояние в клинические лаборатории зависит от постоянного улучшения академической медицины и исследовательские лаборатории.

История

Антон ван Левенгук был первым, кто наблюдал за микроорганизмами с помощью микроскопа.

В 1676 г. Антон ван Левенгук наблюдали бактерии и другие микроорганизмы, используя одну линзу микроскоп собственного дизайна.[2]

В 1796 г. Эдвард Дженнер разработал метод с использованием коровья оспа для успешной иммунизации ребенка от оспы. Те же принципы используются для разработки вакцина сегодня.

Следуя этому, в 1857 г. Луи Пастер также разработали вакцины против нескольких болезней, таких как сибирская язва, птица холера и бешенство а также пастеризация за консервирование продуктов питания.[3]

В 1867 г. Джозеф Листер считается отцом антисептик хирургия. Стерилизуя инструменты разбавленным карболовая кислота и его использование для очистки ран снизило количество послеоперационных инфекций, что сделало хирургическое вмешательство более безопасным для пациентов.

В период с 1876 по 1884 год Роберт Кох предоставил много информации об инфекционных заболеваниях. Он был одним из первых ученых, которые сосредоточились на изоляции бактерий в чистая культура. Это привело к теория микробов, определенный микроорганизм ответственен за определенное заболевание. Он разработал вокруг этого ряд критериев, которые стали известны как Постулаты Коха.[4]

Важной вехой в медицинской микробиологии является Окраска по Граму. В 1884 г. Ганс Кристиан Грам разработал метод окрашивания бактерий, чтобы сделать их более заметными и дифференцированными под микроскопом. Этот прием сегодня широко используется.

В 1910 г. Пол Эрлих протестировали несколько комбинаций химических веществ на основе мышьяка на инфицированных кроликах с сифилис. Затем Эрлих обнаружил, что арсфенамин эффективен против спирохет сифилиса. Затем в 1910 году стали доступны арсфенамины, известные как Сальварсан.[5]

В 1929 г. Александр Флеминг разработали наиболее часто используемое антибиотическое вещество как в то время, так и сейчас: пенициллин.

В 1939 г. Герхард Домагк найденный Пронтозил красный защищает мышей от патогенных стрептококки и стафилококки без токсичности. Домагк получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине за открытие сульфамидный препарат. [5]

Секвенирование ДНК, метод, разработанный Уолтер Гилберт и Фредерик Сэнгер в 1977 г.[6] вызвало быстрое изменение развития вакцина, лечение и методы диагностики. Некоторые из них включают синтетические инсулин который был произведен в 1979 году с использованием рекомбинантная ДНК и первая генно-инженерная вакцина была создана в 1986 году для гепатит Б.

В 1995 году команда на Институт геномных исследований секвенировал первый бактериальный геном; Haemophilus influenzae.[7] Спустя несколько месяцев первый эукариотический геном был завершен. Это окажется бесценным для диагностических методов.[8]

Часто лечимые инфекционные заболевания

Бактериальный

Популярный

Паразитический

Грибковые

Причины и передача инфекционных заболеваний

Смотрите также: Инфекционное заболевание

Инфекции могут быть вызваны бактерии, вирусы, грибы, и паразиты. Патоген, вызывающий заболевание, может быть экзогенным (полученным из внешнего источника; окружающей среды, животных или других людей, например Грипп ) или эндогенный (из нормальной флоры, например Кандидоз ).[20]

Место, где микроб попадает в организм, называется входным порталом.[21] К ним относятся дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, мочеполовой тракт, кожа, и слизистые оболочки.[22] Портал входа для конкретного микроба обычно зависит от того, как он перемещается от естественной среды обитания к хозяину.[21]

Болезнь может передаваться от человека к человеку различными путями. К ним относятся:[21]

  • Прямой контакт - прикосновение к зараженному хосту, в том числе половой контакт
  • Непрямой контакт - прикосновение к загрязненной поверхности
  • Контакт с каплями - кашель или чихание
  • Фекально-оральный путь - Проглатывание зараженной пищи или воды
  • Передача воздушно-капельным путем - перенос патогенов споры
  • Векторная передача - Организм, который сам не вызывает болезни, но передает инфекцию, передавая патогены от одного хозяина к другому.
  • Передача фомита - Неодушевленный предмет или вещество, способное переносить инфекционные микробы или паразиты.
  • Экологические - Внутрибольничная инфекция (Нозокомиальные инфекции )

Подобно другим патогенам, вирусы используют эти методы передачи для проникновения в организм, но вирусы отличаются тем, что они также должны проникать в реальные клетки хозяина. Как только вирус получил доступ к клеткам хозяина, генетический материал вируса (РНК или же ДНК ) должно быть введен в камеру. Репликация между вирусами сильно различается и зависит от типа вовлеченных в них генов. Большинство ДНК-вирусов собирается в ядре, в то время как большинство РНК-вирусов развиваются исключительно в цитоплазме.[23][24]

Механизмы инфицирования, пролиферации и сохранения вируса в клетках хозяина имеют решающее значение для его выживания. Например, некоторые заболевания, такие как корь использовать стратегию, при которой он должен распространиться на ряд хостов. При этих формах вирусной инфекции болезнь часто лечится собственный иммунный ответ организма, и поэтому вирус должен распространиться на новые хосты, прежде чем он будет уничтожен иммунологическая устойчивость или смерть хозяина.[25] Напротив, некоторые инфекционные агенты, такие как Вирус лейкемии кошек, способны противостоять иммунным ответам и способны к долгосрочному пребыванию в отдельном хозяине, сохраняя при этом способность распространяться на следующих друг за другом хозяев.[26]

Диагностические тесты

Основная статья: Диагностическая микробиология

Выявление возбудителя легкого заболевания может быть таким же простым, как и клиническая картина; Такие как желудочно-кишечное заболевание и кожные инфекции. Чтобы сделать обоснованную оценку того, какой микроб может вызывать заболевание, необходимо учитывать эпидемиологические факторы; такие как вероятность контакта пациента с подозреваемым организмом, а также наличие и распространенность штамма микробов в сообществе.

Диагностика инфекционного заболевания почти всегда начинается с изучения истории болезни пациента и проведения физического осмотра. Более подробные методы идентификации включают микробная культура, микроскопия, биохимические тесты и генотипирование. Другие менее распространенные методы (например, Рентгеновские лучи, CAT сканирование, ПЭТ сканирование или же ЯМР ) используются для создания изображений внутренних аномалий, возникших в результате роста инфекционного агента.

Микробная культура

Четыре питательный агар пластины, выращивающие колонии обыкновенных Грамотрицательный бактерии.

Микробиологическая культура это основной метод, используемый для выделения инфекционного заболевания для исследования в лаборатории. Образцы тканей или жидкости проверяются на наличие специфических возбудитель, что определяется ростом выборочного или дифференциального средний.

Для тестирования используются 3 основных типа сред:[27]

  • Твердая культура: твердая поверхность создается с использованием смеси питательных веществ, солей и агар. Один микроб на чашке с агаром может затем вырасти в колонии (клоны, в которых клетки идентичны друг другу), содержащие тысячи клеток. Они в основном используются для культивирования бактерий и грибов.
  • Жидкая культура: клетки выращивают в жидкой среде. Рост микробов определяется временем, за которое жидкость образует коллоидная суспензия. Этот метод используется для диагностики паразитов и обнаружения микобактерии.[28]
  • Клеточная культура: человек или животное клеточные культуры заражены интересующим микробом. Затем за этими культурами наблюдают, чтобы определить влияние микроба на клетки. Этот метод используется для выявления вирусов.

Микроскопия

Техники культивирования часто использует микроскопическое исследование, чтобы помочь в идентификации микроба. Такие инструменты как составные световые микроскопы может использоваться для оценки критических аспектов организма. Это может быть выполнено сразу после взятия образца у пациента и используется в сочетании с методами биохимического окрашивания, что позволяет разрешить клеточные особенности. Электронные микроскопы и флуоресцентные микроскопы также используются для более подробного наблюдения за микробами в целях исследования.[29]

Биохимические тесты

Быстро и относительно просто биохимические тесты может использоваться для идентификации инфекционных агентов. Для идентификации бактерий использование метаболический или ферментативные характеристики являются общими из-за их способности ферментировать углеводы в характерных для их род и разновидность. Кислоты, спирты и газы обычно обнаруживаются в этих тестах, когда бактерии растут в селективные жидкие или твердые среды, как уже упоминалось выше. Для массового проведения этих тестов используются автоматизированные машины. Эти машины выполняют несколько биохимических тестов одновременно, используя карты с несколькими лунками, содержащими различные обезвоженные химические вещества. Интересующий микроб будет реагировать с каждым химическим веществом определенным образом, помогая в его идентификации.

Серологический методы являются высокочувствительными, специфическими и часто чрезвычайно быстрыми лабораторными тестами, используемыми для идентификации различных типов микроорганизмов. Тесты основаны на способности антитело привязать конкретно к антиген. Антиген (обычно белок или углевод, производимый инфекционным агентом) связывается антителом, что позволяет использовать этот тип теста для организмов, отличных от бактерий. Это связывание затем запускает цепочку событий, которые можно легко и окончательно наблюдать в зависимости от теста. Более сложные серологические методы известны как иммуноанализ. Используя аналогичную основу, как описано выше, иммуноанализы могут обнаруживать или измерять антигены либо от инфекционных агентов, либо от белков, генерируемых инфицированным хозяином в ответ на инфекцию.[27]

Полимеразной цепной реакции

Полимеразной цепной реакции (ПЦР) анализы являются наиболее часто используемым молекулярным методом для обнаружения и изучения микробов.[30] По сравнению с другими методами секвенирование и анализ являются окончательными, надежными, точными и быстрыми.[31] Сегодня, количественная ПЦР является основным используемым методом, поскольку этот метод обеспечивает более быстрые данные по сравнению со стандартным анализом ПЦР. Например, традиционные методы ПЦР требуют использования гель-электрофорез для визуализации амплифицированных молекул ДНК после завершения реакции. количественная ПЦР не требует этого, так как система обнаружения использует флуоресценция и зонды для обнаружения молекул ДНК по мере их амплификации.[32] В дополнение к этому, количественная ПЦР также устраняет риск заражения, который может возникнуть во время стандартных процедур ПЦР (перенос продукта ПЦР в последующие ПЦР).[30] Еще одно преимущество использования ПЦР для обнаружения и изучения микробов заключается в том, что последовательности ДНК недавно обнаруженных инфекционных микробов или штаммов можно сравнить с уже перечисленными в базах данных, что, в свою очередь, помогает лучше понять, какой организм вызывает инфекционное заболевание и, следовательно, что возможные методы лечения могут быть использованы.[31] Этот метод является текущим стандартом для обнаружения вирусных инфекций, таких как СПИД и гепатит.

Лечение

После того, как инфекция была диагностирована и идентифицирована, врач должен оценить подходящие варианты лечения и проконсультироваться с медицинскими микробиологами. С некоторыми инфекциями можно справиться самостоятельно. иммунная система, но более серьезные инфекции лечат противомикробный наркотики. Бактериальные инфекции обращаются с антибактериальные препараты (часто называемые антибиотиками), тогда как грибковый и популярный инфекции лечатся противогрибковые и противовирусные препараты соответственно. Широкий класс препаратов, известных как противопаразитарные средства используются для лечения паразитарные болезни.

Медицинские микробиологи часто дают рекомендации по лечению врачу пациента в зависимости от штамма микроб и это устойчивость к антибиотикам, очаг заражения, потенциальный токсичность противомикробных препаратов и любых лекарственная аллергия у пациента есть.

Тесты на устойчивость к антибиотикам: бактерии в культуре слева чувствительны к антибиотикам, содержащимся в белых бумажных дисках. Бактерии в культуре справа устойчивы к большинству антибиотиков.

Помимо лекарств, специфичных для определенного вида организмов (бактерий, грибков и т. Д.), Некоторые лекарства специфичны для определенных род или же разновидность организма и не будет работать на других организмах. Из-за этой специфики медицинские микробиологи должны учитывать эффективность некоторых противомикробных препаратов при составлении рекомендаций. Кроме того, напряжения организма может быть устойчивым к определенному лекарству или классу лекарств, даже если он обычно эффективен против данного вида. Эти штаммы, называемые устойчивыми штаммами, представляют серьезную проблему для общественного здравоохранения, важность которой для медицинской промышленности возрастает по мере распространения устойчивость к антибиотикам ухудшается. Устойчивость к противомикробным препаратам - это все более проблематичная проблема, которая приводит к миллионам смертей каждый год.[33]

В то время как устойчивость к лекарствам обычно связана с микробами, химически инактивирующими противомикробное лекарство, или клеткой, механически останавливающей поглощение лекарства, другая форма устойчивости к лекарствам может возникнуть в результате образования биопленки. Некоторые бактерии способны образовывать биопленки, прилипая к поверхностям имплантированных устройств, таких как катетеры и протезы, и создавая внеклеточный матрикс для прилипания других клеток.[34] Это обеспечивает им стабильную среду, из которой бактерии могут распространяться и заражать другие части хозяина. Кроме того, внеклеточный матрикс и плотный внешний слой бактериальных клеток могут защитить внутренние бактериальные клетки от антимикробных препаратов.[35]

Медицинская микробиология - это не только диагностика и лечение болезней, но и изучение полезных микробов. Доказано, что микробы помогают бороться с инфекционными заболеваниями и укреплять здоровье. Лечения могут быть разработаны из микробов, как продемонстрировало открытие Александром Флемингом пенициллин а также разработка новых антибиотиков из рода бактерий Streptomyces среди многих других.[36] Микроорганизмы не только являются источником антибиотиков, но и могут действовать как пробиотики для обеспечения здоровья хозяина, например, для улучшения здоровья желудочно-кишечного тракта или подавления патогенов.[37]

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ Thomson, R. B .; Wilson, M. L .; Вайнштейн, М. П. (2010). «Директор лаборатории клинической микробиологии в больницах США». Журнал клинической микробиологии. 48 (10): 3465–3469. Дои:10.1128 / JCM.01575-10. ЧВК  2953135. PMID  20739497.
  2. ^ Фрэнк Н. Эгертон (2006). "История экологических наук, часть 19: Микроскопическая естественная история Левенгука". Бюллетень Экологического общества Америки. 87: 47–58. Дои:10.1890 / 0012-9623 (2006) 87 [47: AHOTES] 2.0.CO; 2.
  3. ^ Мэдиган М; Мартинко Дж, ред. (2006). Биология микроорганизмов Брока (13-е изд.). Pearson Education. п. 1096. ISBN  978-0-321-73551-5.
  4. ^ Брок ТД (1999). Роберт Кох: жизнь в медицине и бактериологии. Вашингтон, округ Колумбия: Американское общество микробиологии Press. ISBN  978-1-55581-143-3.
  5. ^ а б Уилли, Джоанна; Sandman, Кэтлин; Вуд, Дороти (2020). Микробиология Прескотта. 2 Penn Plaza, New York, NY 10121: McGraw-Hill Education. п. 188. ISBN  978-1-260-21188-7.CS1 maint: location (связь)
  6. ^ Sanger F, Nicklen S, Coulson AR (1977) Секвенирование ДНК с помощью ингибиторов обрыва цепи " Труды Национальной академии наук 74:5463-5467.
  7. ^ Флейшманн Р., Адамс М., Уайт О., Клейтон Р., Киркнесс Е., Керлаваж А., Булт С., Могила Дж., Догерти Б., Меррик Дж., Др. e (1995) Случайное секвенирование всего генома и сборка Haemophilus influenzae Rd " Наука 269:496-512.
  8. ^ Прескотт Л. М., Харли Дж. П., Кляйн Д. А. (2005) Микробиология: Высшее образование Макгроу-Хилла.
  9. ^ Shaikh N; Леонард Э; Мартин Дж. М. (сентябрь 2010 г.). «Распространенность стрептококкового фарингита и стрептококкового носительства у детей: метаанализ». Педиатрия. 126 (3): 557–564. Дои:10.1542 / педс.2009-2648. PMID  20696723. S2CID  8625679. В архиве из оригинала от 28.10.2015.
  10. ^ Вос Т; и другие. (Декабрь 2012 г.). «Годы, прожитые с инвалидностью (YLD), из-за 1160 последствий 289 заболеваний и травм, 1990–2010 гг .: систематический анализ для исследования глобального бремени болезней, 2010 г.». Ланцет. 380 (9859): 2163–96. Дои:10.1016 / S0140-6736 (12) 61729-2. ЧВК  6350784. PMID  23245607. В архиве из оригинала от 02.05.2013.
  11. ^ "Брюшной тиф". Всемирная организация здоровья. В архиве из оригинала 2011-11-02. Получено 2013-04-25.
  12. ^ а б «Мировая статистика здравоохранения 2012». Всемирная организация здоровья. В архиве из оригинала 2013-04-20. Получено 2013-04-25.
  13. ^ Деннехи PH (2012). «Ротавирусная инфекция: новые сведения о лечении и профилактике». Достижения в педиатрии. 59 (1): 47–74. Дои:10.1016 / j.yapd.2012.04.002. PMID  22789574.
  14. ^ "Гепатит С". Всемирная организация здоровья. В архиве из оригинала 2011-07-12. Получено 2013-04-25.
  15. ^ Dunne EF; Унгер ER; Штернберг, М. (февраль 2007 г.). «Распространенность инфекции ВПЧ среди женщин в США». Журнал Американской медицинской ассоциации. 297 (8): 813–9. Дои:10.1001 / jama.297.8.813. PMID  17327523.
  16. ^ Каппус КД; Lundgren RG, Jr .; Юранек Д.Д .; Робертс Дж. М.; и другие. (Июнь 1994). «Кишечный паразитизм в Соединенных Штатах: обновленная информация о продолжающейся проблеме». Американский журнал тропической медицины и гигиены. 50 (6): 705–13. Дои:10.4269 / ajtmh.1994.50.705. PMID  8024063.
  17. ^ «Токсоплазмоз». Центры по контролю и профилактике заболеваний. В архиве из оригинала от 25.04.2013. Получено 2013-04-25.
  18. ^ "Кандидоз". Центры по контролю и профилактике заболеваний. В архиве из оригинала 2013-04-19. Получено 2013-04-25.
  19. ^ «Гистоплазмоз». Центры по контролю и профилактике заболеваний. В архиве из оригинала от 03.05.2013. Получено 2013-04-25.
  20. ^ Вашингтон, JA (1996). «10 принципов диагностики». В Бароне, S (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN  978-0-9631172-1-2. PMID  21413287. Архивировано из оригинал 13 июня 2016 г.
  21. ^ а б c Зибелинг, Р.Дж. (1998). «Глава 7 Принципы бактериального патогенеза». В Bittar, Neville, E, B (ред.). Микробиология. Эльзевир. п. 87. ISBN  978-1-55938-814-6.
  22. ^ Rhinehart E; Фридман М (1999). Инфекционный контроль в домашних условиях. Джонс и Бартлетт Обучение. п.11. ISBN  978-0-8342-1143-8.
  23. ^ Робертс Р. Дж., "Патология рыб, 3-е издание", Elsevier Health Sciences, 2001.
  24. ^ Ройзман, Б (1996). "42 Умножение". В Бароне, S (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN  978-0-9631172-1-2. PMID  21413311. Архивировано из оригинал 11 мая 2018 г.
  25. ^ Хиллеман М (октябрь 2004 г.). «Стратегии и механизмы выживания хозяина и патогена при острых и хронических вирусных инфекциях». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101: 14560–14566. Bibcode:2004ПНАС..10114560Н. Дои:10.1073 / pnas.0404758101. ЧВК  521982. PMID  15297608.
  26. ^ Греггс WM; Clouser CL; Patterson SE; Мэнкси Л.М. (апрель 2012 г.). «Открытие препаратов, обладающих активностью против вируса лейкемии кошек». Журнал общей вирусологии. 93 (4): 900–905. Дои:10.1099 / vir.0.039909-0. ЧВК  3542715. PMID  22258856.
  27. ^ а б Нестер Э; Андерсон Д; Эванс Робертс, C; Нестер М (2009). Микробиология: взгляд человека. Макгроу Хилл. С. 336–337. ISBN  978-1-55938-814-6.
  28. ^ Møller M; Эль Маграби Р; Олесен Н; Томсен Во (ноябрь 2004 г.). «Безопасный посев крови и костного мозга для обнаружения микобактерий в жидкой культуре». Медицина труда. 54 (8): 530–3. Дои:10.1093 / occmed / kqh106. PMID  15520021.
  29. ^ Мэдиган М.Т. (2009) Брок Биология микроорганизмов: Пирсон / Бенджамин Каммингс.
  30. ^ а б Маккей I (2007). ПЦР в реальном времени в микробиологии: от диагностики до характеристики. Horizon Scientific Press. С. 1–25. ISBN  9781904455189.
  31. ^ а б Viljoen GJ; Nel LH; Crowther JR, ред. (2005). Справочник молекулярно-диагностической ПЦР. Springer. п. 58. ISBN  978-1-4020-3404-6.
  32. ^ Тан YW; Персинг DH (2009). Энциклопедия микробиологии. Oxford Academic Press. С. 308–320. ISBN  978-0-12-373944-5.
  33. ^ ВОЗ (апрель 2014 г.). «Устойчивость к противомикробным препаратам: глобальный отчет по эпиднадзору 2014». ВОЗ. ВОЗ. В архиве с оригинала 15 мая 2015 г.. Получено 9 мая, 2015.
  34. ^ Викери К., Ху Х., Якомбс А.С., Брэдшоу Д.А., Дева А.К. (2013) Обзор бактериальных биопленок и их роли в инфекции, связанной с устройством. Инфекция в здравоохранении.
  35. ^ Стюарт PS; Костертон Дж. В. (июль 2001 г.). «Устойчивость бактерий к антибиотикам в биопленках». Ланцет. 358 (9276): 135–8. Дои:10.1016 / S0140-6736 (01) 05321-1. PMID  11463434. S2CID  46125592.
  36. ^ Taguchi T, Yabe M, Odaki H, Shinozaki M, Metsä-Ketelä M, Arai T, Okamoto S, Ichinose K (2013) Биосинтетические выводы из функционального разделения оксигеназ для биосинтеза актинородина и связанных с ним антибиотиков Streptomyces. Химия и биология 20: 510-520.
  37. ^ Уильямс NT (2010) Пробиотики. Американский журнал фармации системы здравоохранения 67: 449-458.