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抗生物質感受性試験または抗生物質感受性試験は、細菌の抗生物質に対する感受性を測定するものである。細菌は一部の抗生物質に対して耐性を持つ可能性があるため、この試験が使用される。感受性試験の結果により、臨床医は、感染部位と一般的な原因細菌に関する臨床的疑いに基づいて抗生物質を選択する経験的治療から、微生物とその感受性に関する知識に基づいて抗生物質を選択する指向的治療へと、抗生物質の選択を変更することができる。[1]
感受性試験は通常、医療研究室で行われ、細菌を抗生物質にさらす培養法、または細菌が耐性を付与する遺伝子を持っているかどうかを検査する遺伝子学的方法が使用されます。培養法では、細菌を均一に接種した寒天培養皿上の抗生物質を含む紙製ディスクの周囲の細菌が増殖しない領域（阻止帯）の直径を測定することがよくあります。細菌の増殖を止める抗生物質の最低濃度である最小発育阻止濃度は、阻止帯のサイズから推定できます。
抗生物質感受性検査は、ベータラクタム系抗生物質ペニシリンの発見以来必要とされてきました。初期の方法は表現型検査で、培養または希釈を伴いました。抗生物質を含浸させた試験紙であるEtestは 1980 年代から利用可能であり、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR) 検査などの遺伝学的方法は 2000 年代初頭から利用可能です。現在の方法を高速化または精度向上させることで改善する研究や、マイクロ流体工学などの新しい検査方法の開発が進行中です。
用途
臨床医学では、抗生物質は患者の症状と医療ガイドラインに基づいて処方されることが最も多い。この抗生物質選択法は経験的治療と呼ばれ、[1]どの細菌が感染症を引き起こすか、またどの抗生物質に対して細菌が感受性または耐性を示すかという知識に基づいている。[1]たとえば、単純な尿路感染症はトリメトプリム/スルファメトキサゾールで治療できるかもしれない。[2]これは、大腸菌が最も可能性の高い原因細菌であり、この抗生物質の組み合わせに感受性を示す可能性があるからである。[2]ただし、細菌は複数のクラスの抗生物質に対して耐性を示す可能性がある。[2]この耐性は、ある種の細菌が一部の抗生物質に対して固有の耐性を持っているため、[2]過去の抗生物質への曝露に伴う耐性のため、[2]またはプラスミドなどの他のソースから耐性が伝染するためである可能性がある。[3]抗生物質感受性試験は、どの抗生物質がより効果的である可能性があり、したがって感染症の治療に使用するべきかについての情報を提供する。[1]
一部の国では、スクリーニングの一形態として、人口レベルで抗生物質感受性検査も実施されています。[4]これは、抗生物質に対する耐性（例えば、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）の背景率を評価するためのもので、ガイドラインや公衆衛生対策に影響を与える可能性があります。[4]
方法
微生物培養により細菌が特定されると、感受性試験のために抗生物質が選択されます。[5]感受性試験法は、細菌を抗生物質にさらし、細菌の増殖への影響を観察する（表現型検査）か、特定の遺伝子マーカーを特定する（遺伝子検査）ことに基づいています。[6]使用される方法は、結果が耐性の有無を示すことを意味する定性的である場合と、細菌が感受性を示す抗生物質の濃度を表すために最小発育阻止濃度（MIC）を使用する定量的である場合があります。[6]
抗生物質感受性試験の結果に影響を与える要因は数多くあり、機器の故障、温度、湿度、抗菌剤の効力などがある。品質管理（QC）試験は試験結果の正確性を保証するのに役立つ。[7]アメリカタイプカルチャーコレクションや国立タイプカルチャーコレクションなどの組織は、品質管理に使用できる既知の耐性表現型を持つ細菌株を提供している。[8]
表現型分析法
細菌を抗生物質にさらすことによる試験では、寒天培地または寒天培地や培養液で希釈したものを使用します。[9]抗生物質の選択は、培養する微生物と、その地域で入手可能な抗生物質によって異なります。[5] 結果の正確性を保証するために、寒天培地または培養液に加える細菌の濃度（接種物）を標準化する必要があります。これは、生理食塩水または培養液に懸濁した細菌の濁度をマクファーランド標準液（濁度が一定濃度の細菌を含む懸濁液の濁度と同等の溶液）と比較することによって行われます。目視または測光法で決定できる適切な濃度（最も一般的には 0.5 マクファーランド標準液） [10]に達したら、接種物を増殖培地に加えます。[11] [10]
マニュアル
ディスク拡散法では、細菌株を選択し、それを寒天培地上に置き、抗生物質を染み込ませたディスクの近くで細菌の増殖を観察します。[12]これはカービー・バウアー法とも呼ばれますが、[13]修正された方法も使用されます。[14]場合によっては、尿サンプルまたは陽性血液培養サンプルを試験培地に直接適用し、微生物を分離する予備ステップを省略します。[15]抗生物質が微生物の増殖を阻害する場合、ディスクの周囲に明確なリング、つまり阻止帯が見られます。細菌は、阻止帯の直径をMICと相関する定義された閾値と比較することにより、抗生物質に対して感受性、中等度、または耐性に分類されます。[14] [16]
ミューラーヒントン寒天は、ディスク拡散試験でよく使用されます。[14]臨床検査基準協会( CLSI) と欧州抗菌薬感受性試験委員会(EUCAST) は、寒天の種類と厚さ、培養温度、結果の分析方法についての基準を提供しています。[11]ディスク拡散法は、感受性試験に使用される方法の中で最も安価で簡単であると考えられており、新しく利用可能になった抗生物質や製剤の試験に簡単に適応できます。[5]成長が遅く、扱いが難しい細菌の中には、この方法で正確に試験できないものもありますが、[5]連鎖球菌属やインフルエンザ菌などの他の細菌は、特殊な増殖培地と培養条件を必要とするため、試験できます。[17]
Etestなどの勾配法では、寒天の上に置かれたプラスチックストリップを使用します。[5]異なる濃度の抗生物質を染み込ませたプラスチックストリップを培地の上に置き、培養期間後に培地を観察します。[5]最小発育阻止濃度は、涙滴形の阻止帯とストリップ上のマーキングの交点に基づいて特定できます。[5]異なる抗生物質に対して複数のストリップを使用することもできます。[5]このタイプのテストは拡散テストと見なされます。[18]
寒天およびブロス希釈法では、細菌を複数の小さなチューブに入れて、異なる濃度の抗生物質を加えます。[14]細菌が感受性があるかどうかは、一定期間培養した後、目視検査または自動光学的方法によって判定されます。[5]ブロス希釈法は、表現型検査のゴールドスタンダードと考えられています。[14]成長を阻害する抗生物質の最低濃度はMICと考えられています。[5]
自動化
自動化システムも存在し、例えば、拡散試験で画像とソフトウェア分析を使用して阻止円を報告したり、希釈試験でサンプルを分配して結果を決定したりすることで、手動のプロセスを再現します。[14] VITEK 2、BD Phoenix、Microscanシステムなどの自動化機器は、ASTの最も一般的な方法です。各機器の仕様は異なりますが、基本的な原理は、細菌懸濁液を事前に処方された抗生物質パネルに導入することです。パネルをインキュベートし、抗生物質による細菌の増殖の阻害を、濁度測定、分光光度計、蛍光検出などの方法を使用して自動的に測定します。[19]エキスパートシステムがMICと感受性の結果とを相関させ、[20]結果は検証と報告のために検査情報システムに自動的に送信されます。このような自動検査は手動検査よりも労働集約的ではなく、より標準化されているが、特定の微生物や抗生物質に対する精度は比較的低い可能性がある[21]ため、ディスク拡散試験はバックアップ方法として有用である。[22]
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自動感度テスト用のマルチターゲット微生物パネル。テスト対象の細菌を少量、各ウェルに入れます。各ウェルには個別のテスト用の成分が含まれています。 -
各ウェルの抗生物質感受性試験を自動化するために使用される機器にロードされた微生物パネル -
研究室の作業員が自動分析装置の画面に表示された感度結果を確認します。
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遺伝学的方法
ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）、DNAマイクロアレイ、ループ介在等温増幅などの遺伝子検査は、細菌が抗生物質耐性を付与する遺伝子を持っているかどうかを検出するために使用されることがある。[9] [23]一例として、PCRを使用してβラクタム耐性黄色ブドウ球菌のmecA遺伝子を検出することがある。[9]他の例としては、腸球菌属のバンコマイシン耐性遺伝子vanAおよびvanB 、および緑膿菌、肺炎桿菌、大腸菌の抗生物質耐性を検査するアッセイがある。[9]これらの検査は、観察可能な方法と比較して直接的かつ迅速であるという利点があり、[9]検出すべき所見がある場合にそれを検出できる可能性が高い。[24]しかし、耐性遺伝子が検出されるかどうかは、表現型法で見られる耐性プロファイルと必ずしも一致するわけではない。[9]また、これらの検査は高価であり、特別に訓練された人員が必要である。[25]
ポリメラーゼ連鎖反応は、抗生物質感受性に関連する遺伝子を特定する方法です。[26] PCRプロセスでは、細菌のDNAが変性し、二重らせんの2本の鎖が分離します。目的の遺伝子に特異的なプライマーをDNAを含む溶液に加え、 DNAポリメラーゼを、必要な分子（ヌクレオチドやイオンなど）を含む混合物とともに加えます。[25]関連する遺伝子が存在する場合、このプロセスが実行されるたびに、ターゲット遺伝子の量が2倍になります。[25]このプロセスの後、電気泳動、サザンブロッティング、その他のDNA配列分析方法など、さまざまな方法で遺伝子の存在が実証されます。 [25]
DNAマイクロアレイとチップは、相補DNAを標的遺伝子または核酸配列に結合することを利用する。[9]これの利点は、複数の遺伝子を同時に評価できることである。[9]
2024年9月に発表された研究によると、血漿タンパク質を模倣したβ-2-糖タンパク質Iペプチドを散りばめた磁性ナノ粒子を使用することで、微生物病原体を血液培養標本から数時間以内に選択的に回収できる可能性がある。磁石を使用してペプチド-細菌複合体を釣り上げ、その後遺伝子検査を行う。[27]
MALDI-TOF
マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法（MALDI-TOF MS）は、感受性試験のもう1つの方法です。[6]これは飛行時間型質量分析法の一種で、細菌の分子をマトリックス支援レーザー脱離にかけます。[26]次にイオン化された粒子を加速し、スペクトルのピークを記録して発現プロファイルを作成します。このプロファイルは、既知のプロファイルと比較することで特定の細菌株を区別することができます。[26]抗生物質感受性試験の文脈では、これにはベータラクタマーゼ産生大腸菌などの株が含まれます。[9] MALDI-TOFは迅速かつ自動化されています。[9]ただし、この形式での試験には限界があります。結果が表現型試験の結果と一致しない可能性があり、[9]取得と維持に費用がかかります。[25]
報告
細菌は、最小発育阻止濃度（MIC）に基づいて、抗生物質に対して感受性、耐性、または中程度の耐性があると分類されます。MICは、特定の細菌および抗生物質の標準閾値（「ブレークポイント」と呼ばれる）と比較されます。[28]同じ生物および抗生物質のブレークポイントは、感染部位に基づいて異なる場合があります。[29]たとえば、CLSIは通常、肺炎球菌を、MICが≤0.06 μg/mlの場合は静脈内ペニシリンに対して感受性、MICが0.12〜1 μg/mlの場合は中程度、MICが≥2 μg/mlの場合は耐性と定義していますが、髄膜炎の場合、ブレークポイントはかなり低くなります。[30]場合によっては、抗生物質が耐性と分類されるかどうかは、ベータラクタマーゼ産生の可能性など、既知の耐性方法に関連する細菌の特性に基づいて分類されることもあります。[28] [20]薬剤耐性または多剤耐性の特定のパターンが注目される可能性があり、例えば、広域スペクトルβラクタマーゼの存在などです。[28]このような情報は、経験的治療を原因細菌のみを対象としたカスタマイズされた治療に変更できる臨床医にとって有用である可能性があります。[1] [9]特定の期間に実施された抗菌薬感受性試験の結果は、通常、表の形式でまとめられ、抗生物質グラムを作成できます。[31] [32]抗生物質グラムは、臨床検査の結果が得られるまで、臨床医が局所的な耐性パターンに基づいて最適な経験的抗菌薬療法を選択するのに役立ちます。[32]
臨床実践
理想的な抗生物質療法は、原因物質とその抗生物質感受性の特定に基づいています。経験的治療は、多くの場合、臨床検査による微生物学的報告が得られる前に開始されます。これは、臨床ガイドラインに基づく一般的な感染症または比較的軽度の感染症（市中肺炎など）の場合、または治療が遅れると大きなリスクを伴う敗血症や細菌性髄膜炎などの重篤な感染症の場合に当てはまります。[1]個々の抗生物質の有効性は、感染の解剖学的部位、抗生物質が感染部位に到達する能力、細菌が抗生物質に抵抗または不活性化する能力によって異なります。[34]
抗生物質感受性試験のための検体は、理想的には治療開始前に採取される。[1]感染が疑われる部位から検体を採取することができる。例えば、血流中に細菌が存在する疑いがある場合（菌血症）には血液培養検体、肺炎の場合は痰検体、尿路感染症の場合は尿検体などである。感染源が明らかでない場合は、複数の検体を採取することもある。[1]これらの検体は微生物学研究室に移され、そこで培養培地に加えられ、細菌は培養培地内でまたはその上で増殖し、同定および感受性試験を行うのに十分な量になるまで培養される。[35] [28]
抗生物質感受性試験が完了すると、サンプル中に存在する微生物と、それらの微生物がどの抗生物質に感受性があるかが報告されます。[28]抗生物質感受性試験は実験室（in vitro）で行われますが、この試験で得られる情報は、多くの場合、人体内の抗生物質（in vivo）に臨床的に関連しています。[36]場合によっては、一部の細菌が感染症の原因であるか、または単に常在細菌または汚染物質であるかを決定しなければならないことがあります。 [28]例えば、表皮ブドウ球菌[37]やその他の日和見感染症などです。抗生物質の選択には、感染部位（膿瘍など）まで浸透する必要があるかどうか、またはサンプルで感染の1つ以上の原因が検出されなかった疑いなど、他の考慮事項が影響する場合があります。[1]
歴史
ベータラクタム系抗生物質ペニシリンの発見以来、抗菌薬耐性率は増加している。[38]時が経つにつれ、細菌の抗生物質に対する感受性を検査する方法が開発され、変化してきた。[25]
1920年代にアレクサンダー・フレミングは感受性試験の最初の方法を開発した。彼が開発した「ガター法」は、抗生物質を寒天でできた溝を通して拡散させる拡散法であった。[25] 1940年代には、ポープ、フォスター、ウッドラフ、ヴィンセント、ヴィンセントを含む複数の研究者が代わりに紙のディスクを使用した。[25]これらの方法はすべて、ペニシリンに対する感受性のみを試験するものである。[25]結果は解釈が難しく、信頼性がなかった。これは、研究室間で標準化されていない不正確な結果であったためである。[25]
希釈法は、1870年代から細菌の増殖と同定に使用され、1929年以降はアレクサンダー・フレミングによって抗生物質に対する細菌の感受性を検査する方法としても使用されてきた。[25]感受性の判定方法は、溶液の濁度からpH（1942年）、そして光学機器へと変化した。[25]大型チューブを使用した「マクロ希釈」検査は、小型の「マイクロ希釈」キットに取って代わられた。[5]
1966年、世界保健機関はカービー・バウアー法を感受性試験の標準法として承認しました。この方法はシンプルで費用対効果が高く、複数の抗生物質を試験することができます。 [25]
Etestは1980年にBolmstrҧmとErikssonによって開発され、MALDI-TOFは2000年代に開発されました。[25] 1980年代以降、一連の自動化システムが開発されてきました。 [ 25 ] PCRは最初に利用可能になった遺伝子検査であり、2001年に抗生物質感受性を検出する方法として初めて発表されました。[25]
さらなる研究
ポイントオブケア検査は、検査時間を短縮し、精密医療のスタイルで医師が不必要な抗生物質を処方するのを避けるために開発されています。[39]従来の技術では通常12〜48時間かかりますが、[6]最大5日かかることもあります。[28]対照的に、分子診断を使用した迅速検査は、「8時間の勤務シフト内で実行可能」と定義されています。[6]コストや規制など、さまざまな理由により進歩は遅れています。[40]
さらなる研究は、現在の検査方法の欠点に焦点を当てています。表現型検査法は、報告に時間がかかるだけでなく、手間がかかり、持ち運びが難しく、リソースが限られた環境では使用が難しく、交差汚染の可能性があります。[25]
2017年現在、分子診断会社セフェイド社のGeneXpertを通じて、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）、リファンピシン耐性結核菌（TB）、バンコマイシン耐性腸球菌（VRE）のポイントオブケア耐性診断が利用可能となっている。[41]
検出された細菌のうち耐性遺伝子を持つ細菌の割合を決定することを目的とした定量PCRが研究されています。[9]分離された細菌の 全ゲノム配列決定も研究されており、時間の経過とともにコストが下がり、速度が向上するにつれて、より利用しやすくなる可能性があります。[9]
研究されている追加の方法には、少量の流体と光学的、電気化学的、磁気的などのさまざまなテスト方法を使用するマイクロ流体工学が含まれます。 [9]このようなアッセイは、テストに多くの流体を必要とせず、迅速かつ持ち運びが可能です。[9]
蛍光染料の使用が検討されている。[9]これらには、細菌が抗生物質に耐性を持つときに細胞内に存在する核酸配列であるバイオマーカーを標的とした標識タンパク質が含まれる。 [9]細菌の分離株を所定の位置に固定し、溶解する。その後、分離株を蛍光染料にさらすと、観察すると蛍光を発する。[9]
既存のプラットフォームの改良も検討されており、表現型サンプル中のMICをより迅速に特定できるイメージングシステムの改良や、細菌の増殖を明らかにして変化をより簡単に視覚化できる生物発光酵素の使用などが含まれています。[25]
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- ^ McAdams D (2017年1月). 「耐性診断と抗生物質耐性の疫学変化」. Annals of the New York Academy of Sciences . 1388 (1): 5–17. Bibcode :2017NYASA1388....5M. doi :10.1111/nyas.13300. PMID 28134444. S2CID 11876363.
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、抗生物質感受性試験に関連するメディアがあります。
- 「抗生物質グラム（特定の病原体の抗菌薬感受性）について」（PDF）。ミネソタ州保健局。