Epidemiologic perspectives & innovations : EP+I, 2005; 2: 10-10 (más artículos en esta revista)

La elección de una adecuada tipificación bacteriana técnica para estudios epidemiológicos

BioMed Central
Betsy Foxman (bfoxman@umich.edu) [1], Lixin Zhang (lxzhang@umich.edu) [1], James S Koopman (jkoopman@umich.edu) [1], D Shannon Manning (Shannon.Manning @ ht. Msu.edu) [2], Carl F Marrs (cfmarrs@umich.edu) [1]
[1] Departamento de Epidemiología y el Centro de Epidemiología Clínica y Molecular de Enfermedades Infecciosas de la Universidad de Michigan Escuela de Salud Pública, Ann Arbor, Michigan, EE.UU.
[2] Nacional de Seguridad Alimentaria / & Centro de Toxicología, Universidad del Estado de Michigan, East Lansing, Michigan, EE.UU.

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Resumen

Una amplia variedad de bacterias escribiendo sistemas actualmente en uso, que varían mucho con respecto a los esfuerzos requeridos, el costo, la confiabilidad y la capacidad de discriminar entre las cepas bacterianas. No es una técnica óptima para todas las formas de investigación. Se discute el nivel deseado de la discriminación y la necesidad de una base biológica para agrupar las cepas de parecer cuando se utilizan diferentes tipos de bacterias por técnicas de tipificación epidemiológica de las diferentes aplicaciones: 1) que confirma brote epidemiológico vinculación en la investigación, 2) la generación de hipótesis sobre las relaciones epidemiológicas entre cepas bacterianas en La ausencia de información epidemiológica, y 3) que describe la distribución de los tipos de bacterias y la identificación de los factores determinantes de esas distribuciones. Inferencias hechas de estudios epidemiológicos moleculares de las bacterias dependen de la técnica de escribir seleccionados y el estudio de diseño utilizado, por lo que la elección de la técnica de escribir es esencial para aumentar nuestra comprensión de la patogénesis y transmisión, y la eventual prevención de las enfermedades.

Introducción

Desde Koch descubrió cómo cultivar bacterias en cultivo puro, el laboratorio ha sido un componente integral de los estudios epidemiológicos de las enfermedades bacterianas. Con el tiempo, nuestra capacidad de discriminar entre cepas provenientes de la misma especie se ha incrementado, el aumento de investigaciones de brotes y vigilancia, los estudios de la historia natural de la infección, y nuestra comprensión de la transmisión, la patogénesis y filogenia de las bacterias.

Análisis
Bacteriana sistemas de mecanografía

Los sistemas tradicionales de mecanografía para discriminar entre las bacterias de la misma especie se han basado en el fenotipo, como el serotipo, biotipo, fagos escribiendo, o antibiograma (sensibilidad a uno o más antibióticos). Más recientemente, se han desarrollado técnicas basadas en medidas indirectas de la secuencia genética (como en gel de campo pulsado (PFGE) electroforesis) y las mediciones directas de la secuencia genética (como la secuencia de multilocus escribiendo (MLST)). Secuenciación todo un genoma bacteriano, y, utilizando las tecnologías de microarrays, la comparación de las cepas a una cepa de referencia (hibridación genómica comparada) es ahora técnicamente factible, sin embargo, el costo y el tiempo necesarios límites de la aplicabilidad de la mayoría de los estudios epidemiológicos. Por ejemplo, en 2005, el total de gastos de alrededor de la secuencia genómica de 100 a 500 veces más por la cepa más comparativas hibridación (~ $ 100000 a $ 500000 ~ versus $ 1000 a $ 2000), y la MLST (~ $ 140) es bastante caro en comparación con PFGE (~ $ 20). Además, todavía tenemos que caracterizan la gama de variabilidad de cepas bacterianas de la misma especie por diversas técnicas, y, por tanto, carecen de un contexto adecuado para la interpretación de la variación observada.

Comprender las fortalezas y debilidades de los elegidos bacteriana escribiendo técnica mejora la interpretación y la generalización de los resultados del estudio. Un resumen de las técnicas de tipificación común y de la relación de poder discriminatorio, repetibilidad (mismo resultado de la prueba, habida cuenta de error aleatorio, por el mismo análisis misma muestra en el mismo laboratorio), reproducibilidad (el mismo resultado de la prueba, habida cuenta de error aleatorio, por el mismo análisis misma muestra En otro laboratorio), el calendario y los costos se presenta en la Tabla 1, las técnicas se han examinado recientemente en otros lugares [1 - 3]. Hemos ordenado las técnicas de los que tienen el más alto al más bajo poder discriminatorio, es decir, la capacidad de distribución de las cepas en el mayor número de grupos. Por lo tanto, si todo el genoma de una bacteria es secuenciado seremos capaces de detectar incluso muy pequeñas diferencias entre las cepas, por ejemplo, los cambios en la secuencia genética que no causa los cambios en las proteínas expresadas, como mutaciones puntuales que se producen naturalmente en el tiempo Como las bacterias dividido. Común escribiendo técnicas utilizadas en estudios epidemiológicos secuencia genética uno o más regiones, por ejemplo multi-locus secuencia de mecanografía (MLST), o utilizar enzimas para cortar una parte o la totalidad del genoma en pedazos, por ejemplo, gel de campo pulsado electroforesis. El número y el tamaño de las piezas se corresponden con el número y la ubicación de los sitios de restricción de la corte por enzimas, y, por tanto, son una medida indirecta de la secuencia. Otras técnicas de uso común de la reacción en cadena de polimerasa dirigida a secuencias específicas, por ejemplo ERIC-PCR; el rendimiento de los fragmentos resultantes de reacciones de distintos tamaños, que pueden ser utilizados para discriminar entre los tipos de bacterias. En general, los métodos basados en la secuencia son más repetible y reproducible. Gel basado en métodos lo son menos, debido a la inherente variabilidad de la técnica [2, 3].

Nuestra intención es no centrarse en una técnica particular, ya que las técnicas que siguen a cambiar rápidamente. Por el contrario, discutir los puntos fuertes y débiles de las actuales técnicas de tipificación bacteriana particular epidemiológicos aplicaciones, y proporcionar una idea de qué escribir una técnica de características debe tener cuando se aplica a un tema específico de investigación. Reconocemos que la elección de una herramienta molecular es a menudo hasta el personal de laboratorio y no el epidemiólogo, pero no siempre son laboratorios que participan en el diseño del estudio o la interpretación de los resultados del estudio (aunque esto es muy conveniente). Un laboratorian, cuya experiencia es en una técnica de escribir, no se puede esperar a prestar el debido asesoramiento si s / no entiende la pregunta de investigación. Del mismo modo, un epidemiólogo no puede analizar e interpretar adecuadamente los resultados de una técnica de escribir si s / no entiende lo que es la medición. Además, si hay un desajuste entre la técnica de escribir y pregunta de investigación, los resultados del estudio tienen menos probabilidades de responder a la pregunta de investigación. Lamentablemente, epidemiólogos y laboratoristas a menudo tienen poco en la formación de los demás ámbitos, no comparten un vocabulario común, y tienen perspectivas muy diferentes de investigación. Por lo tanto, nuestro objetivo es proporcionar orientación para el epidemiólogo de trabajar en colaboración con los laboratorios de elegir la técnica de tipificación bacteriana adecuada, y para interpretar los resultados.

Aplicaciones epidemiológicas de las técnicas de mecanografía bacteriana

Poder discriminatorio es la media de probabilidad de que un sistema asignará a escribir la misma cepa tipo de cepas al azar la muestra del mismo grupo. En un análisis típico, epidemiólogos uso de datos cuestionario de discriminar entre los grupos. Por ejemplo, si los alimentos investigando un brote asociado con un picnic, entonces la variable 'ingirieron alimentos en el picnic de los pobres será un discriminador de riesgo de enfermedades (como probablemente todos comían), pero' comió ensalada de patatas' o incluso 'comió papas' Podría clasificar con precisión las personas de alta y baja en los grupos de riesgo (si es un ingrediente de la ensalada de patatas, como los huevos o mayonesa, fue el culpable). Si clasificamos las personas en grupos de todas las variables por medir simultáneamente (por ejemplo, edad, sexo, preferencias alimentarias, historial médico, etc), entonces nuestra medida será altamente discriminatorio (ya que cada individuo pueda caer en un grupo separado) - aunque no necesariamente Informativo con respecto a los riesgos de enfermedades. Así, la agrupación más discriminatorias no es necesariamente la más informativos, en particular si las agrupaciones no están asociados con los resultados de interés.

Técnicas de tipificación bacteriana son similares, pero pueden o no dar una adecuada agrupación discriminatorio (similar a 'comió ensalada de patata'). Hemos identificado tres objetivos técnicas de tipificación molecular que se aplican en estudios epidemiológicos (Tabla 2]. Nos dan un ejemplo de un objetivo de investigación que se refiere a cada objetivo, una evaluación de las necesidades y la necesidad de poder discriminatorio para inferir relaciones genéticas y / o la estructura de la población para esa aplicación. Cada objeto se trata, a su vez, más adelante.

En primer lugar, sin embargo, queremos señalar que la tipificación de bacterias no es siempre la herramienta correcta clasificación, ya que los brotes no siempre son causados por un único clon virulento. La contaminación de las aguas o el suministro de alimentos por las aguas residuales puede conducir a un brote de diarrea causada por una variedad de diferentes agentes [4 - 6] clonal aunque también se producen brotes de aguas residuales después de la contaminación [7]. Otros ejemplos son el desglose de matadero procedimientos que conducen a la contaminación de las vacas colonizados con diversos agentes, o de la guardería que permite la transmisión de los procedimientos en materia de higiene de los visitantes de los niños.

Además, la cepa de mecanografía resultados deben interpretarse en el contexto de la evidencia epidemiológica, así como las características de las bacterias. Ninguna de las pruebas de laboratorio ni epidemiológicos es definitivo, pero cada uno valida el otro. Cuando evidencia epidemiológica sugiere contaminación derivados de diversas fuentes, más estrictos criterios de tipificación molecular no debe utilizarse para clasificar como casos relacionados con la epidemia. Si escribir datos sugieren un alto grado de similitud, las pruebas epidemiológicas pertinentes deben buscarse a un único episodio de contaminación.

Conclusión

La aplicación e interpretación de instrumentos de escribir bacteriana en estudios epidemiológicos requiere de la comprensión tanto de las fortalezas y limitaciones de la técnica de tipificación bacteriana elegido, así como el diseño del estudio epidemiológico para contestar la pregunta de investigación. Más allá de estándar de fiabilidad, validez y consideraciones de costos, características fundamentales de una técnica de escribir son: 1) la capacidad de discriminar entre las cepas y 2) una base biológica para agrupar las cepas con diferentes tipos aparentemente. El nivel de discriminación necesaria y deben ser capaces de cepas grupo depende de la pregunta de investigación. Similar a la conveniencia de incluir un estadístico en la fase de diseño a fin de que el diseño del estudio se traducirá en datos apropiados para el análisis deseado, la integración de un experto en las diferentes técnicas de escribir durante la fase de diseño cómo mejorará así el protocolo de investigación se ajusta a la cuestión ( S) de interés.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Contribuciones de los autores

BF tomó la iniciativa de redactar el manuscrito, LZ tomó la iniciativa en la Tabla 1 y Tabla 2 se indica JSK. Todos los autores contribuyeron a los debates que llevaron al manuscrito, critican en múltiples proyectos y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

Los autores gracias a los miembros del Centro de Epidemiología Molecular y Clínica de Enfermedades Infecciosas del profesorado grupo de debate por sus conocimientos sobre este tema. Esta labor fue apoyada por RO1 DK35368 (BF), R21 AI44868 (BF) y R01 DK 55496 (CFM).