Rozwój technologiczny w laboratorium mikrobiologicznym

Nawet najmniejsze usprawnienia w codziennej pracy wpływają na jakość i komfort przeprowadzania pewnych operacji, poczynając od tak prowizorycznych przyrządów jak automatyczne pipety czy mikroskopy, po te bardziej zaawansowane, zapewniające równie dokładne co szybkie efekty – PCR, MALDI.

Tradycyjnie laboratorium mikrobiologii klinicznej do niedawna było uważane za tzw. obszar „low-tech”, czyli pozbawiony automatyzacji, która staje się powszechna w laboratoriach chemicznych i hematologicznych. Jednak z biegiem lat sytuacja ta szybko się zmienia wraz z postępem mikrobiologicznych systemów automatyki laboratoryjnej. Cała ta ekscytująca nowa technologia jest połączona z wyzwaniami dla laboratorium mikrobiologicznego. Na przykład wraz z przejściem na diagnostykę molekularną laboratoria będą musiały zdawać sobie sprawę z wpływu, jaki ciągła ewolucja organizmów będzie miała na charakterystykę analityczną tych testów. Pojawia się także stała potrzeba szkolenia i doskonalenia umiejętności pracowników w zakresie nowych technik i technologii.

Bank drobnoustrojów

Banki szczepów to instytucje, których nadrzędną funkcją jest kolekcjonowanie, utrzymanie i rozpowszechnianie szczepów drobnoustrojów do laboratoriów mikrobiologicznych w celach badawczych, edukacyjnych lub biotechnologicznych. Ponadto jednym z zadań takiej instytucji jest poszukiwanie nowych szczepów o przydatnych cechach, a także ich ulepszanie, klasyfikacja i identyfikacja. Do najbardziej znanych kolekcji na świecie można wyróżnić utworzoną w 1925 r. ATCC (ang. American Type Culture Collection) bądź NCTC (ang. National Collection of Type Cultures). Wśród polskich banków znajdują się: PCM, czyli Polska Kolekcja Mikroorganizmów prowadzona przez Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej we Wrocławiu, oraz LOCK w Łodzi, LCC w Olsztynie i IAFB w Warszawie.

Istnieje kilka możliwych sposobów na utrzymywanie żywotności kolekcji mikroorganizmów przez laboratorium, spośród których wymienić można: pasażowanie szczepów, mrożenie oraz liofilizację. Największe ryzyko niesie ze sobą ta pierwsza metoda, ponieważ taki okresowy przesiew hodowli musi odbywać się z zastosowaniem podłoża płynnego lub stałego (w tym także skosów agarowych). Ze względu jednak na duże ryzyko kontaminacji wtórnej bądź spontanicznych mutacji wynikających z częstego pasażowania tę metodę zaleca się do przechowywania szczepów stabilnych genetycznie, np. drożdży Saccharomyces. Kolejną popularną techniką jest mrożenie drobnoustrojów. Ryzyko takiego postępowania związane jest z fizycznym niszczeniem komórek na skutek tworzenia kryształów lodu i wzrostu stężenia elektrolitu w czasie zamrażania i rozmrażania. Istnieją jednak sposoby zapobiegania takim mechanicznym rozpadom – dodawane są tak zwane krioprotektanty, czyli substancje ochronne, których funkcją jest zabezpieczenie żywotności i aktywności komórek w czasie ich zamrażania, przechowywania i rozmrażania (np. glicerol lub DMSO-dimetylosulfotlenek) [1, 2].

Najnowszą i coraz szerzej rozpowszechnianą techniką trwałego przechowywania kultur jest bankowanie, które pozwala na wieloletnie magazynowanie szczepów w laboratorium z jednoczesnym zachowaniem ich pierwotnych właściwości. Współczesne laboratoria chętnie sięgają po najłatwiejsze rozwiązania. Szczepy magazynowane są w postaci różnokolorowych koralików umieszczonych w specjalnym płynie konserwującym, umożliwiającym optymalne warunki podczas przechowywania, których porowata powierzchnia umożliwia ich przyleganie. Taki sposób przechowywania zalecany jest zarówno dla bakterii, jak i dla grzybów. W tym przypadku zarówno proces konserwowania, jak i ponownego namnażania drobnoustrojów jest łatwy i szybki. Ponadto optymalizuje się przestrzeń związana z magazynowaniem takiego banku, ze względu na jego niewielkie rozmiary [1-4].

PCR

PCR– ang. polymerase chain reaction). Opracowana w latach 80. ubiegłego wieku metoda polega na wielokrotnym powielaniu dowolnej sekwencji DNA z wykorzystaniem starterów, czyli krótkich odcinków DNA, których sekwencja jest komplementarna do nowo syntetyzowanego fragmentu DNA. Jest to reakcja o złożonym przebiegu składająca się z wielokrotnie powtarzanych etapów: denaturacji badanego DNA ➔ przyłączania starterów do matrycy ➔ syntezy nowych nici DNA [5].

Istnieją dwie najczęściej stosowane odmiany metody: klasyczny PCR oraz real-time PCR, i obie stosowane są obecnie do stwierdzania obecności drobnoustrojów w badanej próbie (krew, płyn mózgowo-rdzeniowy) oraz stwierdzania obecności genów kodujących toksyny bakteryjne lub istotne mechanizmy oporności na antybiotyki u wyhodowanych bakterii. Na rynku istnieją zestawy umożliwiające płynne przeprowadzenie takich analiz nawet do 2 godzin. Do głównych zalet tej metody należą wysoka czułość, co pozwala na wykrycie nawet pojedynczej cząsteczki DNA, i specyficzność, która gwarantuje powielanie jednego, wybranego odcinka DNA.

Technika PCR i jej przydatność w diagnostyce mikrobiologicznej mogą mieć tyle samo zwolenników co przeciwników. Niemniej jednak ze względu na to, że w niedługim czasie generuje rzetelne i wiarygodne wyniki badania, znajduje swoje coraz szersze zastosowanie. Wystarczy spojrzeć na ostatnie lata i rozpowszechnienie systemów PCR w codziennej diagnostyce wykrywania wirusa COVID-19.

Czytaj także: Mikrobiologiczne zanieczyszczenia produktów żywnościowych