微生物生长动态监测系统实时监测炭疽芽孢杆菌生长及抗菌药敏感性
炭疽芽胞杆菌是炭疽的病原体，并已被美国联邦选择代理人计划指定为一级选择代理人，因为它存在着被故意滥用为生物威胁剂的高风险。2001年炭疽杆菌的孢子被恶意散布在通过美国邮政系统发送的信件中。如何降低炭疽病的发病率和死亡率的关键决定包括快速选择和分配有效的抗菌剂以进行治疗和暴露后预防。抗菌素耐药性的检测目前依赖于传统的肉汤微量稀释方法，该方法需要炭疽杆菌的培养时间为16至20小时。高分辨率光学筛选技术(Biosense微生物生长动态监测系统)的进步提供了一种新技术，可以更快速地评估抗菌药的敏感性并同时评估菌株的生长特征。
本论文的研究人员描述了一种新方法，该方法已开发并评估为一种快速的抗菌药敏感性试验，用于炭疽杆菌的研究。该方法基于自动数字延时显微镜，使用光学筛选仪器oCelloScope（BioSense微生物生长动态监测系统）观察相关抗生素的生长和形态学影响。这种检测方法可以在≤4小时内确定每种抗生素的敏感性，比传统方法所需的时间少75％至80％，从光学筛查图像汇编的延时视频图像显示了炭疽芽孢杆菌菌株之间生长特性及意外差异性。
丹麦Biosense微生物生长动态监测系统的应用
用oCelloscope微生物生长动态监测系统(Biosense)来实时监测炭疽芽孢杆菌的菌株特异性生长特征以及炭疽芽胞杆菌与抗生素一起作用生长动力学过程及菌株的形态变化。结合oCelloScope系统本身的数字延时显微镜对肉汤培养中炭疽杆菌生长进行成像，从对流体样品的扫描产生光学筛选图像，了解存在抗微生物剂（抗菌剂）的情况下对炭疽杆菌的生长或抑制生长情况。
实验结果
使用Biosense光学筛选仪器oCelloScope观察相关抗生素的生长和形态学影响。在存在或不存在青霉素，环丙沙星或强力霉素的情况下，随时间监测炭疽杆菌菌株的生长情况。在≤4小时内确定每种抗生素的敏感性，比传统方法所需的时间少75％至80％。从光学筛查图像汇编的延时视频图像显示了炭疽芽孢杆菌菌株之间生长特性的意外差异性。该研究提供了一种新方法，可以快速检测表型抗菌素耐药性并记录炭疽杆菌的生长特性。
图1、减毒炭疽杆菌控制菌株的生长动力学。在存在或不存在PEN（A），CIP（B）或DOX（C）的条件下，在35°C下培养8小时后，Sterne（PEN s CIP s DOX s）和JB34（PEN r CIP ns DOX ns）。通过SESA算法测量炭疽杆菌的生长。
图2、减毒炭疽杆菌单个时间点实验，在存在或不存在PEN（A），DOX（B）或CIP（C）的情况下，于35°C培养4小时后的对照菌株。这些菌株的CLSI敏感性解释为抗性（R），非敏感性（NS）或易感性（S）。通过使用BCA算法测量生长。不存在抗生素的情况下菌株的生长归一化为1，存在抗生素的情况下生长的分数按1的一部分计算。
图3、在35°C下在18小时内评估了炭疽芽孢杆菌SK57（A），UT223（B），Ames（C），Vollum（D），A0264（E），A0102（F）和240（G）的生长动力学。在没有抗生素的情况下。通过SESA算法测量生长。除了炭疽芽孢杆菌A0264和A0102（其中的图由于其聚集表型而显示代表性的单个复制）之外，图表示平均生长值±来自三个复制孔的标准偏差。在6至8小时之间拍摄的细胞聚集的光学筛选图像和单个菌落的立体显微镜图像显示在右侧。
图4、在35℃条件下，通过光学筛选对炭疽杆菌Vollum(PEN)和UT223(PENr)(A)、Ames(PEN)和SK57(PENr)(B)的生长动力学进行评估。细菌的增长由SESA算法测量获得。表格C列出了在存在PEN的情况下确定炭疽杆菌Ames和Vollum的敏感性所需的时间（小时）。时间以平均值±重复生物学实验的标准偏差报告（D）在存在或不存在PEN的情况下，在35℃在8h后拍摄的抗性炭疽杆菌菌株的光学筛选图像。
图5、炭疽芽孢杆菌在存在或不存在PEN（A），DOX（B）或CIP（C）的情况下，于35°C培养4小时后得到的菌株生长情况。这些菌株的CLSI敏感性解释为抗性（R）或易感性（S）。
总结
炭疽芽孢杆菌由于其孢子的稳定性，通过雾化作用广泛传播的能力以及高致死率的潜力，有可能对公众造成生物恐怖主义风险。抗菌素耐药性是在准备和应对有意释放时必须考虑的重要因素。为了减少检测抗菌素耐药性所需的时间对于防止因炭疽暴发或检测到的生物威胁情况而延迟有效治疗的分布或避免暴露后预防至关重要。对于表型抗菌药敏感性测试，探索新颖的方法和评估新技术至关重要。为了解决这些问题，研究人员引用了光学筛选系统oCelloScope（Biosense微生物动态生长监测系统）开发并评估了炭疽芽孢杆菌的快速，功能性抗菌药敏感性试验。通过使用或不使用抗微生物剂PEN，CIP和DOX进行的细菌生长的实时自动检测可提供表型敏感性数据。该光学筛查法（Biosense微生物动态生长监测系统）结果均与常规药敏试验的结果一致，且可在≤4小时内获得。由于常规的BMD测试需要足够的可见生长来解释结果，因此确定抗菌药敏感性曲线所需的时间减少了75％至80％，光学筛查法（Biosense微生物动态生长监测系统）能够一次检测多达96种细菌-抗生素组合的实时生长。每种96孔板均可以测试多种细菌分离物和多种抗生素，并且每种抗生素都可以不同浓度进行测试。该测试方法实时可视化炭疽芽孢杆菌生长的能力指导了研究人员快速抗菌药敏试验的方法开发。Biosense微生物动态生长监测系统使用的光学筛选法可以揭示菌株之间的生长特性及菌株形态上的显著变化。通过光学筛选从生长动力学和互补视频成像以及菌落形态的观察中获取数据，该技术今后对于以表征其他生物威胁因子也存在非常好的应用前景，包括鼠疫耶尔森菌，假苹果伯克霍尔德菌和土拉弗朗西斯菌。