Summary

Application du système intelligent de test de sensibilité aux antimicrobiens/criblage des phages à haut débit et de l’indice Lar de résistance aux antimicrobiens

Published: July 21, 2023
doi:

Summary

Nous présentons ici le principe, la structure et l’instruction du système intelligent de test de sensibilité antimicrobienne à haut débit / criblage des phages. Son application est illustrée par l’utilisation de Salmonella isolée de volailles dans le Shandong, en Chine, à titre d’exemple. L’indice Lar est calculé, et son importance dans l’évaluation de la résistance aux antimicrobiens est discutée de manière approfondie.

Abstract

Afin d’améliorer l’efficacité des tests de sensibilité aux antimicrobiens (AST) et du criblage à haut débit des phages pour les bactéries résistantes et de réduire le coût de détection, un système intelligent de criblage AST/phages à haut débit, comprenant un inoculateur matriciel à 96 points, un convertisseur d’acquisition d’images et le logiciel correspondant, a été développé selon les critères AST et les points de rupture de résistance (R) formulés par le Clinical & Laboratory Standards Institute (CLSI). L’AST et les statistiques de distribution de la concentration minimale inhibitrice (CMI) (de R/8 à 8R) de 1 500 souches de Salmonella isolées de volailles dans le Shandong, en Chine, contre 10 agents antimicrobiens ont été réalisées par le système intelligent de criblage AST/phages à haut débit. L’indice Lar, qui signifie « moins d’antibiose, moins de résistance et résiduel jusqu’à peu d’antibiose », a été obtenu en calculant la moyenne pondérée de chaque CMI et en divisant par R. Cette approche améliore la précision par rapport à l’utilisation de la prévalence de la résistance pour caractériser le degré de résistance aux antimicrobiens (RAM) des souches hautement résistantes. Pour les souches de Salmonella présentant une résistance aux antimicrobiens élevée, les phages lytiques ont été efficacement criblés à partir de la bibliothèque de phages par ce système, et le spectre de lyse a été calculé et analysé. Les résultats ont montré que le système intelligent de criblage AST/phages à haut débit était opérationnel, précis, très efficace, peu coûteux et facile à entretenir. Combiné au système vétérinaire de surveillance de la résistance aux antimicrobiens du Shandong, le système était adapté à la recherche scientifique et à la détection clinique liée à la résistance aux antimicrobiens.

Introduction

Les agents antimicrobiens ayant été largement utilisés pour prévenir les maladies infectieuses bactériennes, la résistance aux antimicrobiens (RAM) est devenue un problème de santé publique mondial1. La lutte contre la résistance aux antimicrobiens est actuellement la mission principale de surveillance de la résistance aux antimicrobiens des agents pathogènes épidémiologiques et de la thérapie synergique des agents antimicrobiens sensibles et des bactériophages lytiques2.

Les tests de sensibilité aux antimicrobiens (AST) in vitro sont le pilier de la surveillance du traitement et de la détection du niveau de résistance aux antimicrobiens. Il s’agit d’une partie importante de la pharmacologie antimicrobienne et de la base essentielle de la médication clinique. Le Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) des États-Unis et l’European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST) ont formulé et révisé les critères internationaux de l’AST et modifié et complété en permanence les méthodes AST et les points de rupture pour déterminer la CMI d’une certaine combinaison « organisme-agent antimicrobien » comme sensible (S), résistante (R) ou intermédiaire (I)3, 4. Le

Des années 1980 aux années 1990, les instruments automatiques de dilution du micro-bouillon ont été rapidement développés et appliqués à la pratique clinique, avec des exemples tels que Alfred 60AST, VITEK System, PHOENIXTM et Cobasbact 5,6,7. Cependant, ces instruments étaient coûteux, nécessitaient des consommables coûteux et leurs plages de détection étaient conçues pour les médicaments cliniquesdes patients 5,6,7. Pour ces raisons, ils ne sont pas adaptés à l’examen clinique vétérinaire et à la détection de grandes quantités de souches hautement résistantes. Dans cette étude, un système intelligent de criblage AST/phages à haut débit, comprenant un inoculateur matriciel à 96 points (Figure 1), un convertisseur d’acquisition d’images (Figure 2) et le logiciel correspondant8, a été mis au point pour effectuer une AST pour un lot de souches bactériennes contre plusieurs agents antimicrobiens à la fois par la méthode de dilution sur gélose. De plus, le système a également été utilisé pour détecter et analyser les schémas de lyse des phages contre les bactéries résistantes aux antimicrobiens9, et les phages lytiques ont été sélectionnés efficacement dans la bibliothèque de phages. Ce système s’est avéré efficace, abordable et facile à utiliser.

Figure 1
Figure 1 : Schéma structurel de l’inoculateur matriciel à 96 points. 1 : Plaque d’épingle d’inoculation ; 2 : Opérateur mobile ; 3 : Bloc de semences ; 4 : Plaque incubée ; 5 : Base ; 6 : Poignée de commande ; 7 : Goupille de limite. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Schéma structurel du convertisseur d’acquisition d’images. 1 : Coquille ; 2 : Écran d’affichage ; 3 : Salle d’acquisition d’images ; 4 : Base de la carte de détection ; 5 : Panneau de détection à l’intérieur et à l’extérieur de l’entrepôt ; 6 : Panneau de commande ; 7 : Dispositif de conversion d’acquisition d’images ; 8 : Source de lumière ; 9 : Scanner d’images. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Protocol

Les souches de Salmonella utilisées dans cette étude ont été prélevées sur des volailles du Shandong, en Chine, après avoir obtenu l’approbation du Comité de biosécurité de l’Institut des sciences animales et de médecine vétérinaire de l’Académie des sciences agricoles du Shandong, en Chine. 1. Application du système AST intelligent à haut débit8 Préparation de l’inoculumIncuber l’organisme de contr…

Representative Results

Suivant le protocole du système AST intelligent à haut débit, son application a été illustrée par Salmonella provenant de volailles du Shandong, en Chine, à titre d’exemple. La figure 3 montre la croissance de souches de Salmonella sur des plaques de gélose contenant de l’ampicilline (R de 32 μg/mL) à des concentrations de 2 à 256 μg/mL déterminées par le convertisseur d’acquisition d’images. Le1er puits horizonta…

Discussion

La méthode de dilution de la gélose est bien établie et largement utilisée. Le principe du système AST à haut débit était celui de la méthode de dilution sur gélose. L’une des étapes critiques du protocole a été le transfert précis à haut débit de 96 inocula en une seule fois, qui a été effectué plusieurs fois de suite. Pour compléter cette étape critique, les broches de l’inoculateur matriciel à 96 points étaient uniformes et très lisses. Le dépôt naturel de chaque broche était d’un volu…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ces travaux ont été financés par le Projet national de recherche et de développement clé (2019YFA0904003) ; Système industriel agricole moderne dans la province du Shandong (SDAIT-011-09) ; Projet d’optimisation de la plate-forme de coopération internationale (CXGC2023G15) ; Principales tâches d’innovation du projet d’innovation en sciences et technologies agricoles de l’Académie des sciences agricoles du Shandong, Chine (CXGC2023G03).

Materials

96 well  culture plate Beijing lanjieke Technology Co., Ltd 11510
96-dot matrix AST image acquisition system Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright
96-dot matrix inoculator  Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences N/A Patented product
Agar Qingdao hi tech Industrial Park Haibo Biotechnology Co., Ltd HB8274-1
Amikacin  Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd A857053
Amoxicillin Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd A822839
Ampicillin Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd A830931
Analytical balance Sartorius BSA224S
Automated calculation software for Lar index of AMR Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright
Bacteria Salmonella strains Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences N/A Animal origin
Bacterial resistance Lar index certification management system V1.0 Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright
Ceftiofur Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd C873619
Ciprofloxacin Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd C824343
Clavulanic acid Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd C824181
Clean worktable Suzhou purification equipment Co., Ltd SW-CJ-2D
Colistin sulfate Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd C805491
Culture plate Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences N/A Patented product
Doxycycline Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd D832390
Enrofloxacin Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd E809130
Filter 0.22 μm Millipore SLGP033RB
Florfenicol Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd F809685
Gentamicin Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd G810322
Glass bottle 50 mL Xuzhou Qianxing Glass Technology Co., Ltd QX-7
High-throughput resistance detection system V1.0 Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright
Image acquisition converter Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences N/A Patented product
Meropenem Shanghai McLean Biochemical Technology Co., Ltd M861173
Mueller-Hinton agar Qingdao hi tech Industrial Park Haibo Biotechnology Co., Ltd HB6232
Petri dish 60 mm x 15 mm Qingdao Jindian biochemical equipment Co., Ltd 16021-1
Petri dish 90 mm x 15 mm Qingdao Jindian biochemical equipment Co., Ltd 16001-1
Salmonella phages Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences N/A
Shaker incubator Shanghai Minquan Instrument Co., Ltd MQD-S2R
Turbidimeter Shanghai XingBai Biotechnology Co., Ltd F-TC2015
Varms base type library system V1.0 Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright
Vertical high-pressure steam sterilizer Shanghai Shen'an medical instrument factory LDZX-75L
Veterinary pathogen resistance testing management system Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright
Veterinary resistance cloud monitoring and phage control platform V1.0 Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shandong Academy of Agricultural Sciences In-house software copyright

Referências

  1. Ramanan, L., et al. Antimicrobial resistance-the need for global solutions. The Lancet Infectious Diseases. 13 (12), 1057-1098 (2013).
  2. Xiaonan, Z., Qing, Z., Thomas, S. P., Yuqing, L., Martha, R. J. C. inPhocus: Perspectives of the application of bacteriophages in poultry and aquaculture industries based on Varms in China. PHAGE: Therapy, Applications, and Research. 2 (2), 69-74 (2021).
  3. CLSI. . Performance Standards for Antimicrobial Disk Susceptibility Tests. CLSI document M100. , (2022).
  4. Yuqing, L., et al. . Antimicrobial Sensitivity Testing Standard of EUCAST. , (2017).
  5. Barnini, S., et al. A new rapid method for direct antimicrobial susceptibility testing of bacteria from positive blood cultures. BMC Microbiology. 16 (1), 185-192 (2016).
  6. Höring, S., Massarani, A. S., Löffler, B., Rödel, J. Rapid antimicrobial susceptibility testing in blood culture diagnostics performed by direct inoculation using the VITEK®-2 and BD PhoenixTM platforms. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 38 (3), 471-478 (2019).
  7. Dupuis, G. Evaluation of the Cobasbact automated antimicrobial susceptibility testing system. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 4 (2), 119-122 (1985).
  8. Liu, Y., et al. A system of bacterial antimicrobial resistance detection and its operation method. China Patent. , (2019).
  9. Liu, Y. A high throughput test plate for screening bacteriophage of zoonotic pathogens and its application. China Patent. , (2022).
  10. Adams, M. H. . Bacteriophages. , (1959).
  11. Nair, A., Ghugare, G. S., Khairnar, K. An appraisal of bacteriophage isolation techniques from environment. Microbial Ecology. 83 (3), 519-535 (2022).
  12. . . Shandong veterinary antibiotic resistance system. , (2023).
  13. Ming, H., et al. Comparison of the results of 96-dot agar dilution method and broth microdilution method. Chinese Journal of Antibiotics. 43 (6), 729-733 (2018).
  14. Laxminarayan, R., Klugman, K. P. Communicating trends in resistance using a drug resistance index. BMJ Open. 1 (2), e000135 (2011).
  15. Chen, Y., et al. Assessing antibiotic therapy effectiveness against the major bacterial pathogens in a hospital using an integrated index. Future Microbiology. 12, 853-866 (2017).
  16. Ciccolini, M., Spoorenberg, V., Geerlings, S. E., Prins, J. M., Grundmann, H. Using an index-based approach to assess the population-level appropriateness of empirical antibiotic therapy. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 70 (1), 286-293 (2015).
  17. Yanbo, L., et al. Preliminary application of inoculation system for high-throughput drug susceptibility test. China Poultry. 42 (6), 52-57 (2020).

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Citar este artigo
Hu, M., Liu, Z., Song, Z., Li, L., Zhao, X., Luo, Y., Zhang, Q., Chen, Y., Xu, X., Dong, Y., Hrabchenko, N., Zhang, W., Liu, Y. Application of the Intelligent High-Throughput Antimicrobial Sensitivity Testing/Phage Screening System and Lar Index of Antimicrobial Resistance. J. Vis. Exp. (197), e64785, doi:10.3791/64785 (2023).

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