专利名称：微生物信息系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微生物的分类装置。尤其是，本发明涉及对标注有临床和/或工业相关信息的微生物进行分类的装置。
传染性微生物的抗生素抗性是微生物学，医学和卫生保健中的重要问题。抗生素抗性来源于微生物的进化以及在微生物中和彼此之间遗传物质的改变和传播。抗性受到抗生素应用的强烈影响并且尤其在医院中以及通过我们的食物进行传播(Davies，1997)。
在很多情况下，质粒和转座子是在微生物之间转移诸如完整基因的遗传信息的载体。用这样的方式，例如生物体抗生素抗性的基因可以转入另一分类学上未必相关的生物体中。
目前，已知许多的抗生素抗性基因。例如，众所周知β-内酰胺青霉素抗性可以由其中的pbp基因(青霉素结合蛋白)以及由bla操纵子(β-内酰胺酶)编码。负责抗生素抗性的基因定位在染色体或质粒上。
在许多种类的微生物中，目前已知的抗性株包括链球菌、葡萄球菌、弯曲杆菌、嗜血杆菌以及分枝杆菌属中的菌株。事实上，所有的微生物都能够产生抗生素抗性株。
对于卫生保健而言，那些具有传染性的微生物也就是引起人体可能是或可能不是传染性感染的微生物尤其重要。尤其是，这些临床相关的微生物逐渐地了显示对现存抗微生物剂的抗性。一个很好的实例是MRSA，金黄色葡萄球菌的meticillin(二甲氧基苯青霉素)—抗性型。
在微生物的检测和鉴定研究中以及为了确定抗生素敏感性谱图，临床上使用常规方法。为了检测微生物，通常从可疑病人的血液、尿液或组织样品开始培养，以观察微生物的代谢活动是否在那些位置发生。
当培养是呈“阳性”时，随后可以例如通过所谓的圆盘扩散试验检验微生物的抗生素敏感性。
为了确定微生物的同一性，在很多情况下需要获得分离的菌落；为了这个目的，阳性血培养物可以接种在各种的培养基上，之后利用生物化学试验确定微生物的同一性(参见NCCLS，National Committeefor Clinical Laboratory Standards.Approved standard M7-A.Methods fordilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria that grow aerobically(需氧细菌的稀释抗微生物敏感性试验的方法).National Committeefor Clinical Laboratory Standards，Villanova，Pa.1985)。
在上述方法持续的时间内可疑感染的大多数病人施用对大多数已知传染病有效的广谱抗生素。然而，利用这些药剂的缺点在于它们抑制了基本上所有种的微生物的生长，包括那些对病人良好消化力以及抗病原体侵入的良好的屏障效应所必须的肠内菌丛，虽然它们具有其他的效果。广谱抗生素的另一重要缺点是对药物的相应抗性在微生物菌群中进展更加迅速。
为此，护理医生必须尽早知道传染性微生物的同一性和抗生素敏感性以便可以施用特别有效得抗生素。
根据核酸(DNA或RNA)检测技术，在过去的几十年中，已经发展了许多检测和鉴定微生物尤其是血样培养物中微生物的方法。这种方法目的在于例如检测可以用以识别微生物和鉴定微生物的核糖体RNA基因，或其它特异性遗传密码。在这些遗传方法的进一步改进中，上述方法已经得以发展，据此在一个单一的过程或反应中，诸如例如在一个所谓的多重PCR反应中就可以确定大量的特异基因或遗传密码，从而除同一性外还可以确定特异性抗生素抗性基因的存在(特别参见Maes等人，2002)。
此外，目前使用寡核苷酸芯片或微阵列同时鉴定微生物和检测抗生素抗性基因的方法是已知的(特别参见WO98/20157和WO01/92573)。
寡核苷酸微阵列的应用使得在非常短的时间内收集大量遗传信息成为可能。特别是已知DNA微阵列可用于确定尤其是rpoB基因的完整核苷酸序列，所述rpoB基因如果突变的话可以引起分枝杆菌对利福平的抗性。
如上所述，在临床上，抗生素敏感性和抗性基本上通过表型方法进行确定，即通过利用圆盘扩散法确定MIC值(最小抑制浓度)。另一方面，抗生素抗性还可以利用遗传方法进行检验。
然而，为了能够有效地治疗感染，对于临床实践而言，不可避免基于各种抗生素的影响下的生长抑制以进行测定传统抗生素敏感性的确定。事实是只有这种检验显示减少感染的特异疗法是否能够成功。
有关一种或者多种抗性基因存在的知识没有给护理医生提供有关哪种药对于抑制和治疗传染病人最合适的信息。此外，遗传法没有提供任何诸如不敏感性水平的定量信息。
现行的DNA技术也没有充分满足迅速、可重复鉴定和测定微生物相关表型特征的需要，所述需要存在于实验室诊断中并且应该是设计有效治疗的基础。
微生物分类的现行遗传法实际上给医生提供了使其能够有效治疗病人的很少信息。
尤其是，缺少对微生物和病人相关临床资料的了解，诸如共给药，病人的年龄和/或症状或者可能与治疗的定性结果相关的其它临床经验事实，诸如疑似菌株的病理学以及先前成功和不成功的治疗方法或。
本发明提供了对标注有临床相关信息微生物进行分类的装置。
用于标注有临床上和/或工业上相关信息的微生物分类的装置能够满足上述的需要。
本发明的装置包括具有用于根据区别性特征对微生物进行分类的数据文件的测定装置，以及具有大量微生物临床上和/或工业上相关信息的数据库，所述测定装置和数据库提供输入输出设备并且互相偶联以自动标注分类的微生物的临床上和/或工业上的相关信息。
本发明更进一步提供了用于标注有临床和/或工业相关信息注解的微生物分类的方法，包括利用本发明的装置。
本发明的装置和/或方法非常适合于应用在医疗应用中，诸如针对临床相关微生物鉴定和抗生素敏感性测定的诊断应用，针对疾病或紊乱过程预测的预后应用，以及针对医师有效治疗计划的治疗应用。
更进一步，本发明的装置和/或方法非常适合于工业微生物工艺的日常检查以及工艺控制中，诸如食品制备工艺以及(微生物)食物安全研究。
在本发明中，微生物被理解为各种分类学水平的寄生虫、真菌、酵母、细菌以及病毒，诸如不同的超界、界、门、纲、目、科、属、种或亚种。
临床相关微生物通常被理解为可以引起人体感染的生物体，其可能是或可能不是传染性的或者传播性的。本发明的装置和方法也适合于病毒的表征从而能够设计适合的免疫过程或抗病毒治疗。
食品工业的相关微生物被理解为最初存在于需要的原料和/或食品中的微生物，或者是能够在生产过程和/或废料再生过程中存活并且从而可以引起人和动物危险或风险的微生物。
对本发明的限制临床上相关微生物广泛显示在表1中，其中微生物根据分类学亲缘关系进行排列，所述列表不应被理解为是对本发明的限制。
表1临床相关微生物病毒细菌超界CFB族类杆菌属(Bacteroides)(尤其是脆弱类杆菌(B.fragilis))黄杆菌属(Flavobacterium)(尤其是脑膜脓毒性黄杆菌(F.meningosepticum))普雷沃菌属(Prevotella)(尤其是中间普雷沃菌(P.interntedia))嗜二氧化碳嗜纤维菌属(Capnocytophaga)，(尤其是C.canimorsus)衣原体目(Chlamydiales)衣原体(Chlamydia)(尤其是沙眼衣原体(C.trachomatis)，肺炎衣原体(C.pneumoniae)和鹦鹉热衣原体(C.psittaci))梭杆菌属(Fusobacteria)坏死梭杆菌(Fusobacterium necrophorum)念珠状链杆菌(Streptobacillus moniliformis)
螺旋体目(Spirochaetales order)疏螺旋体属(Borrelia)(尤其是伯氏疏螺旋菌(B.burgdorferi)以及回归热螺旋体(B.recurrentis))密螺旋体属(Treponema)(尤其是苍白密螺旋体(T.pallidum))钩端螺旋体属(Leptospira)(尤其是问号状钩端螺旋体(L.interrogans))厚壁菌门(Firmicutes phylum)(革兰氏阳性菌)双歧杆菌目(Bifidobacteriales)加特纳菌属(Gardnerella)(尤其是阴道加特纳菌(G.vaginalis))乳菌目(Lactobacillales order)链球菌属(Streptococcus)(尤其是肺炎链球菌(S.pneumoniae)，α-，β-和γ-溶血性链球菌(α-，β-和γ-hemolytic)以及草绿色链球菌(S.viridans)和化脓性链球菌(S.pyogenes)肠球菌属(Enterococcus)(尤其是(屎肠球菌(E.faecium)和粪肠球菌(E.faecalis))气球菌属(Aerococcus)(尤其是绿色气球菌(A.uiridans))片球菌属(Pediococcus)(尤其是乳菌片球菌(P.acidilactici))明串珠菌属(Leuconostoc)(尤其是L.pseudomesenteroides)放线菌目(Actinomycetales order)分枝杆菌属(Mycobacterium)(尤其是结核分枝杆菌属(M.tuberculosis)，麻疯分枝杆菌(M.lepra)，非洲分枝杆菌(M.africanum)，牛分枝杆菌(M.bovis)和贪婪分枝杆菌(M.avium))诺卡氏菌属(Nocardia)(尤其是星状诺卡氏菌(N.asteroides))棒状杆菌属(Corynebacterium)(尤其是白喉棒状杆菌(C.diphtheriae))微球菌属(Micrococcus)(尤其是藤黄微球菌(M.luteus))放线菌属(Actinomyces)(尤其是以色列防线菌(A.israelii))丙酸丙酸杆菌(Propionibacterium propionicum)短杆菌属(Brevibacterium)(尤其是亚麻短杆菌(B.linens))支原体目(Mycoplasmatales order)支原体属(Mycoplasma)(尤其是肺炎支原体(M.pneumoniae))
杆菌目(Bacillales order)葡萄球菌属(Staphylococcus)(尤其是金黄色葡萄球菌(S.aureus)和化脓葡萄球菌(S.pyogenes))Alicyclobacillus(尤其是Alicyclobacillus acidocaldarius)李斯特菌属(Listeria)(尤其是单核细胞增生李斯特菌(L.monocytogenes))芽孢杆菌属(Bacillus)(尤其是拟炭疽芽孢杆菌(B.anthracis))孪生菌属(Gemella)(尤其是麻疹孪生球菌(G.morbillorum))梭状芽孢杆菌目(Clostridiales order)梭状芽孢杆菌属(Clostridium)(尤其是肉毒梭状芽孢杆菌(C.botulinum)，难辩梭状芽孢杆菌(C.diffilie)，产气夹膜梭状芽孢杆菌(C.perfringens)和破伤风梭状芽孢杆菌(C.tetani))消化链球菌属(Peptostreptococcus)(尤其是普氏消化链球菌(P.prevotii))韦荣氏球菌属(Veillonella)(尤其是小韦荣球菌(V.parvula)变形细菌门(Proteobacteria phylum)α亚纲立克次氏体目(Rickettsiales order)立克次氏体料(Rickettsiaceae family)立克次体(Rickettsia)(尤其是普鲁画斯克氏立克次氏体(R.prowazekii)和伤寒立克次体(R.typhi))埃立克体(Ehrlichia)(尤其是犬埃立克体(E.canis)，查菲埃立克体(E.chaffeensis)和吞噬细胞埃立克体(E.phagocytophila)考德里体(Cowdria)(尤其是C.runtinantium)新立克次体(Neorickettsia)(尤其是蠕虫新立克次氏体(N.helminthoeca)Anaplasma(尤其是A.marginale和A.ovis)沃尔巴克氏体属(Wolbachia)(尤其是尖音库蚊沃尔巴克氏体(W.pipientis)Rhizobacteriaceae族布鲁氏菌科(Brucellacecie family)
布鲁氏菌属(Brucella)(尤其是B.melitensis biovar abortus和B.m.biovarcanis)巴尔通氏体科(Bartonellaceae family)巴尔通氏体(Bartonella)(尤其是杆菌状巴尔通氏体(B.bacilliformis)，B.henselae和B.quintana)β亚纲产碱杆菌科(Alcaligenaceae family)产碱杆菌属(Alcaligenes)(尤其是粪产碱杆菌(A.faecalis)博德特氏杆菌属(Bordetella)(尤其是百日咳博德特氏杆菌(B.pertussis))奈瑟氏菌科(Neisseriaceae family)奈瑟氏菌(Neisseria)(尤其是脑膜炎奈瑟氏菌(N.meningitidis)和淋病奈瑟氏菌N.gonorrhoeae))金氏杆菌属(Kingella)(尤其是K.denitrficans)艾肯氏菌属(Eikenella)(尤其是啮蚀艾肯菌(E.corrodens))色杆菌属(o..a.紫色杆菌(C.violaceum)伯克霍尔德菌族(Burkholderia group)伯克霍尔德菌属(Burkholderia)(尤其是洋葱伯克霍尔德菌(B.cepacia))γ亚纲(Gamma subdivision Class)气单胞菌科(Aeromonadaceae family)气单胞菌属(Aeromonas)莫拉氏菌科(Moraxellaceae family)不动杆菌属(Acinetobacter)(尤其是鲁沃夫氏不动杆菌(A.lwoffii)以及鲍氏不动杆菌(A.baumannii))莫拉氏菌属(Moraxella)(尤其是卡它莫拉氏菌(M.catarrhalis))肠杆菌科(Enterobacteriaceae family)埃希氏杆菌属(Escherichiae)(尤其是大肠埃希氏杆菌(E.coli)克雷白氏杆菌族(Klebsiellae)(尤其是肺炎克雷白氏杆菌(K.pneumoniae))
沙门氏菌科(Salmonellae)(尤其是鼠伤寒沙门氏菌(S.typhimurium)和肠炎沙门氏菌(S.enteritidis))志贺氏菌属(Shigella)(尤其是痢疾志贺氏菌(S.dysenteriae))爱德华氏菌属(Edwardsiella)(尤其是迟钝爱德华氏菌(E.tarda))耶尔森氏菌属(Yersinia)(尤其是鼠疫耶尔森氏菌(Y.pestis))柠檬杆菌属(Citrobacter)(尤其是弗劳地氏柠檬杆菌(C.freundii))变形菌属(Proteus)(尤其是奇异变形菌(P.mirabilis))摩根摩根菌(Morganella morgaii)普罗威登斯菌属(Providencia)(尤其是产碱普罗威登斯菌(P.alcalifaciens))沙雷氏菌属(Serratia)(尤其是粘质沙雷氏菌(S.marcescens))邻单胞菌属(Plesiomonas)(尤其是类志贺邻单胞菌(P.shigelloides))退伍军人菌科(Legionellaceae family)/柯克斯体族(Coxiella group)退伍军人菌属(Legionella)(尤其是嗜肺性退伍军人杆菌(L.pneuntophila)和L.micdadei))柯克斯体(Coxiella)(尤其是伯氏柯克斯体(C.burnetii))立克次氏小体属(Rickettsiella)(尤其是日本甲虫立克次氏小体(R.popilliae))Tatlockia(尤其是T.micdadei)Fluoribacter(尤其是F.dumoffii)巴斯德菌科(Pasteurellaceae)嗜血杆菌属(Haemophilus)(尤其是流感嗜血杆菌(H.influenzae)和杜克氏嗜血杆菌(H.ducreyi))巴斯德氏菌属(Pasteurella)(尤其是出血败血性巴斯德氏菌(P.multocida))假单孢菌科(Pseudomonadaceae family)假单孢菌属(Pseudomonas)(尤其是铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)和葱头假单胞菌(P.cepacia))弗朗西斯氏菌族(Francisella group)弗朗西斯氏菌属(Francisella)(尤其是土拉热弗朗西斯氏菌(F.tularensis))弧菌科(Vibrionaceae family)弧菌属(Vibrio)(尤其是霍乱弧菌(V.cholera)，创伤弧菌(V.Vulnificus)和副溶血弧菌(V.parahaemolyticus))黄单胞菌族(Xanthomonas group)Stenotrophomonas(尤其是S.maltophila)Epsilon subdivision Class弯曲杆菌族(Campylobacter group)弯曲杆菌属(Campylobacter)(尤其是C.jejuni)卷旋杆菌属(Helicobacter)(尤其是H.pylori，H.cinaedi和H.Fennelliae)真核生物超届(Eukaryota Superkingdom)原生生物界(Protista Kingdom)毛滴虫目(Trichomonadida order)毛滴虫属(Trichomonas)(尤其是阴道毛滴虫(T.vaginalis))微孢子虫目(Microsporida order)比氏肠胞虫(Enterocytozoon bieneusi)变形虫目(Amoebida order)棘阿米巴属(Acanthamoeba)(尤其是A.castellani)内阿米巴属(Entamoeba)(尤其是痢疾阿米巴E.histolytica)真球虫目(Eucoccidiida order)隐孢子虫属(Cryptosporidium)(尤其是微小隐孢子虫(C.parvum))Diplomonadidae order蓝氏贾第鞭毛虫(Giardia lamblia)Eimeriida order隐孢子虫属(Cryptosporidium)(尤其是微小隐孢子虫(C.parvum))鼠弓形虫(Toxoplasma gondii)犬新孢子虫(Neospora caninum)Haemosporida order
疟原虫(Plasmodium)(尤其是恶性疟原虫(P.falciparum))动基体目(Kinetonlastida order)锥虫(Trypanosoma)(尤其是布氏锥虫(T.brucei))杜氏利什曼原虫(Leishmania donovani)真菌界(Fungi Kingdom)支顶孢属(Acremonium)曲霉属(Aspergillus)(尤其是烟曲霉(A.fumigatus))白僵菌属(Beauveria)镰刀菌属(Fusarium)组织胞浆菌属(Histoplasma)(尤其是杜氏组织胞浆菌(H.duboisii))拟青霉菌属(Paecilomyces))青霉菌属(Penicillium)帚霉属(Scopulariopsis)发癣菌属(Trichophyton)(尤其是红色毛癣菌(T.rubrum)和须发癣菌(T.mentagrophytes))隐球酵母属(Cryptococcus)(尤其是新型隐球酵母(C.neoformans))球孢菌属(Coccidioides)(尤其是粗球孢菌(C.immitis))白色假丝酵属(Candida)(尤其是白色假丝酵母(C.albicans))芽生菌属(Blastomyces)鳞斑霉属(Malassezia)肺孢子虫(Pneumocystosis)(尤其是卡氏肺孢子虫(P.carinii))病毒DNA病毒疱疹病毒科(Herpesviridae) 1型单纯疱疹病毒(Herpes simplexvirus type 1)水痘带状疱疹病毒(Varicella zostervirus)Epstein Barr virus人巨细胞病毒(Human
cytomegalovirus)人类疱疹病毒6(Human herpesvirus6)腺病毒科(Adenoviridae) 人腺病毒(Human adenoviruses))乳多空病毒科(Papovaviridae)人乳头瘤病毒(Humanpapillomaviruses)嗜肝病毒科(Hepadnaviridae) 乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus)痘病毒科(Poxviridae) 痘苗病毒(Vaccinia virus)细小病毒科(Parvoviridae) B19微小病毒(B19 parvovirus)RNA病毒微小核糖核酸病毒科 脊髓灰质炎病毒(Polio viruses)(Picornaviridae)伊科病毒(Echoviruses)柯沙奇病毒(Coxsackieviruses)甲型肝炎病毒(Hepatitis A virus)人鼻病毒(Human rhinoviruses)杯状病毒科(Caliciviridae) 诺沃克病毒(Norwalk virus)副粘液病毒(Paramyxoviridae)副流感病毒(Parainfluenza viruses)麻疹病毒(Measles virus)呼吸融合病毒(Respiratory syncytialvirus)正粘液病毒科 流感病毒(Influenza virus)(Orthomyxoviridae)弹状病毒科(Rhabdoviridae) 狂犬病毒(Rabies virus)线状病毒科(Filoviridae)伊波拉与绿猴病毒(Ebola andMarburg viruses)逆转录病毒科(Retroviridae) 人类免疫缺陷性病毒-1和-2型(Humanimmunodeficiency virus type-1 and -2)披盖病毒科(Togaviridae)风疹病毒(Rubella virus)黄病毒科(Flaviviridae) 黄热病毒(Yellow fever virus)
登革病毒(Dengue virus)呼肠孤病毒科(Reoviridae) 人轮状病毒(Human rota viruses)布尼亚病毒科(Bunyaviridae)肺症候群汉他病毒(PulmonarySyndrome Hantavirus)汉他病毒(Hantaan virus)沙粒病毒科(Arenaviridae) 拉萨病毒(Lassa virus)冠状病毒科(Coronaviridae) 人冠状病毒(Human coronaviruses)星状病毒科(Astroviridae) 人星状病毒(Human astroviruses)Karolinska Instituted Library Bacteria Infections and Mycoses(www.mic.ki.se)；Atlas of Medical Parasitology，Carlo DenegriFoundation(www.cdfound.to.it)；NCBI分类学数据库(www.ncbi.nlm.nib.gov)；罗切斯特大学医学中心，微生物学和免疫学系(www.urmc.rochester.edu)本发明根据区别性特征对微生物进行分类的测定装置可以包括单个或者多重测定装置。
为了对生物体进行分类，优选地本发明使用的测定装置可用于测定微生物之间的形态学，生理学，血清学，病理学，分类学和/或遗传学区别性特征。
在本发明的上下文，微生物的形态区别性特征是指诸如生物体形状的外表可观测的特性；具有特异性生化物质，例如膜肽，色素，(糖)蛋白，脂类或者诸如分枝菌酸的细胞壁组分；存在或者缺失特异性受体；产生孢子或者孢囊；具有鞭毛；以链或者细丝的方式生长，或者诸如细胞或者菌落形态学的其它外部特性；或者彩色特性。
在本发明的上下文，微生物的生理学特性是指参考诸如蛋白水解或者能够在诸如聚糖、蛋白、脂肪或者核酸的特异性基质上生长的特异性分解代谢区别性特征；特异性营养需要；具有特异性代谢途径；对氧气的灵敏度或者对抗生素的敏感性；温度或者酸度依赖性；产生特异性代谢终产物；分泌细菌素或者抗生素；产生气体；生物体能量供应的方式；细胞中蛋白聚集(蛋白质组)的大小、组成或者其它特征；或者细胞中低分子有机物(代谢物)聚集的特征。
在本发明的上下文，血清学特性是指与特异性抗体或者单克隆抗体反应的能力；具有或者缺失诸如糖脂或者糖蛋白的特异性表面抗原或者抗原决定簇。
在本发明的上下文，微生物的病理学特性是指感染细胞的能力；毒素分泌；感染进展的方式；溶血区别性特征或者其它病理学特性，诸如受到生物体影响的天然生物境或者组织或者细胞类型。
在本发明的上下文，分类学特性定义为表型特性，诸如如上所述的形态特征、生理学特性、血清学或者病理学特性，通常基于此进行微生物的分类鉴定，而且还可以包括可以据此确定系统发生系并且据此还可以分类鉴定微生物的遗传特性。
在本发明的上下文，遗传特性是指核酸诸如DNA和/或RNA特异性染色体或者染色体外特异性核苷酸序列；特异性遗传密码或者基因；线性或者环状染色体；基因组的大小或者另一特性；G+C含量；质粒的存在；具有的特异性转座子，整合子或者插入序列；表达图谱的组成或者大小(转录子(Transcriptom))。
本发明根据区别性特征分类微生物的测定装置可以设置成其可以测定微生物之间不同或者相同类型的区别性特征，诸如形态学、生理学、血清学、病理学、分类学和/或遗传学区别性特征。
如果微生物之间的不同类型区别性特征可以利用本发明的装置测定，那么这些特性可以连续和/或同时测定。
本发明的测定装置尤其可用于确定微生物的遗传区别性特征。这种遗传区别性特征可以包括，例如与特异性抗生素抗性表现型相关的抗性基因。尤其是，这可以理解为指编码葡萄球菌中青霉素结合蛋白2a的mecA基因，使得这种细菌基本上对所有-内酰胺抗生素，包括二甲基苯青霉素都不敏感。
尤其是，可以利用本发明测定遗传区别性特征的测定装置测定的其它抗性基因为粘质沙雷氏杆菌(Serratia marcescens)或者Klebsiellapneumoniae中的aac(6′)基因，其引起对氨基糖苷类抗生素诸如netilmicin和庆大霉素的抗性，或者诸如nptII(卡那霉素抗性)，vanA，B和C(万古霉素抗性)，ermA，B和CmsrA(大环内酯抗性)，gyrA，grlA(2-羟基喹啉抗性)，bla(β-内酰胺抗性)，vat，vga(链阳性菌素抗性)，或者sul和int(磺酰胺抗性)的抗性基因。
除了测定特异性抗性基因，可以测定微生物遗传区别性特征的本发明的测定装置还可以用来测定特异基因中的突变。消化液泡的PfCRT跨膜蛋白或者恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)的P-糖蛋白同系物1(Pgh1)PfMRD1基因中的突变例如引起这些寄生虫对诸如氯喹的药剂的不敏感并且可以利用本发明的测定装置测定。
在另一实施方案中，例如可以基于确定的分类学或者系统发生信息和/或特性检测核糖体RNA基因中的突变。
同样，功能未知的其它基因或者遗传密码可以提供微生物之间根据本发明实施方案测定的相关区别性特征，只要它们代表了本发明对微生物分类的区别性特征。
为了利用本发明测定装置测定微生物的区别性特征，在本发明的装置中优选使用标记。
在本发明中，标记定义为优选通过利用分子生物学方法，例如通过利用互补结合对儿确定或者测定区别性特征的微生物的特有区别性特征，诸如在遗传区别性特征情况下的互补核酸或者互补寡核苷酸探针，在生理学特性的情况下为抗体或者单克隆或者另一结合儿对诸如蛋白。适合的标记或者结合对儿被假定为对于本领域技术人员而言是已知的。检测互补结合对儿和标记之间的结合可以通过利用标记得以简化。
本发明中涉及核酸标记或者遗传标记时，可以理解为互补结合对儿。
标记可以包括遗传或者表型标记。优选地，在本发明的测定装置中使用诸如蛋白标记的遗传和/或生理学标记。优选使用遗传标记。
除了遗传标记可被用于本发明测定装置以确定(已知的)遗传区别性特征在微生物中的存在的事实，它们还非常合用于确定表型特性，诸如，例如抗生素敏感性和/或抗生素抗性。
为了检测相关的遗传和/或表型特性，遗传标记非常合适用于本发明的装置中。适用于本发明装置中的许多遗传标记是本领域技术人员已知的。本领域技术人员还可以简单的方式亲自鉴定和制备适合的遗传标记。
与微生物的特异性表型区别性特征相关的遗传标记鉴定方法对于本领域技术人员是已知的(尤其参见WO01/83813)。例如，可以利用在美国专利6,300,063中描述的方法检测所谓的多态性。为了这个目的，也可以使用已知的基因指纹方法(参见Mueller和Wolfenbarger的综述)，诸如AFLP(Vos等，1995)，RAPD，或者RFLP(Botstein等，1980)或者从诸如Ribotyping派生的技术。
除了这种指纹法可用于鉴定遗传标记的事实以外，它们还可以产生可用于分辨微生物的指纹。因而，这些合适的指纹法和仪器设备可恰当的应用于本发明根据区别性特征对微生物进行分类的装置和方法用途中。
在本发明中，可以使用诸如RFLP标记(例如参见美国专利5,324,631)，RAPDs(例如参见Aufauvre-Brown等人，1992)，AFLP标记(例如参见，EP 0,534,858)SSR标记(例如参见美国5,075,217)和SNP标记(McEwen等人，的2000)的遗传标记。
在本发明一个使用遗传标记的实施方案中使用本发明装置的方法中，优选包括例如通过指纹分析或者利用微阵列诸如DNA阵列，寡核苷酸阵列或者通称核酸阵列来确定微生物的核酸中，诸如DNA或者RNA中特异性区别性特征的存在或者缺失的步骤。
在一个优选实施方案中，本发明涉及使用核酸阵列的装置，阵列包括固定在载体表面上的遗传标记或者其互补序列的寡核苷酸或者核酸序列。
遗传标记还可以在例如引物存在的情况下用于扩增与特异性区别性特征相关的核酸序列。表征这种扩增产物的方法，诸如电泳、层析法、测序或者质谱法对本领域技术人员而言是已知的。
为了提高寡核苷酸或者核酸序列的杂交特性，可以使用特异性核酸类似物，其可以参与序列特异性互作与天然磷酸二酯核酸，诸如硫代磷酯或者膦酸甲酯寡核苷酸或者肽核酸(PNA)寡核苷酸一样。
在本发明的方法中，优选使用DNA阵列。这种寡核苷酸阵列包括遗传标记的互补结合对儿并且也是本发明的一部分。
本发明寡核苷酸阵列的产生可以利用本领域技术人员公知的方法进行。用于检测特异性核酸序列的固体载体核酸阵列的产生和应用已经多次描述在(美国专利5,571,639；Sapolsky等人1999，Genet.Anal.-Biomolecular Eng.14，187-192；Shena等人，1995，Science 270，467-470；Sheldon等人1993，Clinical Chem.39，718-719；Fodor等人1991，Science251，767-773)中。
本领域技术人员通过其自己的设计以及通过从专门供应商(例如Affymetrix公司，Santa Clara，CA，USA for DNA arrays和CiphergenBiosystems Fremont，CA，USA for protein arrays)获得的相应阵列读取设备可以获得阵列。
本发明的DNA阵列可以包括，例如特异于遗传标记形式的特异性序列的10和200,000之间个寡核苷酸。同样，阵列可以包括含有诸如SNPs和微卫星标记的遗传标记的寡核苷酸。用于同时进行核酸，诸如基因的表达产物分析的寡核苷酸探针组的设计方法描述在EP0,799,897中。
优选寡核苷酸的熔点与能够在一致条件下杂交的相同范围基本上相同。
尤其是，寡核苷酸的合成可以诸如例如利用描述在美国专利5,424,186中的光化学合成技术或者利用墨喷技术直接在阵列的固体载体表面上进行。在另一实施方案中，可以离位(ex situ)合成寡核苷酸并结合到固体载体表面。在这种情况下，如果载体表面已经在应用寡核苷酸前进行了化学修饰，那么能够在寡核苷酸和载体表面之间结合将是非常有利的，任选利用水凝胶基质或者寡核苷酸和阵列载体表面之间的其它的有机或者无机接头。可以利用电子、机械、或者利用墨喷的方式将各种寡核苷酸定位到表面上。
杂交条件将依赖于用作试样材料的核酸，但是可以利用本领域技术人员公知的简单方式进行最佳化。为了这个目的，尤其可以调节杂交的盐含量、pH和温度。任选地，如美国专利6,017,696所述，上述方法可用于用电子仪器控制杂交的严格性。
可以利用诸如放射性同位素标记或者荧光标记，利用场效应量度，利用光电化学方法，压电方法或者椭圆光度法，利用光学纤维或者质谱法测定进行杂交斑点的检测。同样，遥感勘测可用于研究标记在启始核酸中的存在。
在杂交前，可以例如利用荧光标记或者放射性同位素或者另一标记非常恰当地标记核酸片段以促进这些杂交到阵列上的寡核苷酸片段的检测。根据选择的检测方法，本领域技术人员将能使用适合的标记。
包括使用本发明装置的方法优选地包括确定微生物中特异性区别性特征存在或者缺失的步骤，其中包含微生物材料的样品与测定装置接触。这种接触位点可以非常合适于作为测定装置的输入设备。
本发明的装置包括测定装置，其具有用于根据区别性特征对微生物进行分类的数据文件。这种数据文件优选包括涉及如上所述微生物标记和区别性特征的数据。测定装置更进一步包括处理通过利用测定装置获得测定结果的计算单元。
在本发明使用核酸阵列作为测定装置的接触位点的方法实施方案中，微生物的核酸或者其片段与核酸标记的阵列接触。
利用核酸阵列获得遗传信息的方法在参考文献中是已知的(尤其参见Chee等人，1996)。
在另一个实施方案中，根据本发明测定微生物区别性特征的测定装置可以由例如“基质促进的Laser Desorption/离子化-飞行时间质谱法”(MALDI-TOF-MS)，“表面加强的Laser Desorption/离子化-飞行时间质谱法”(SELDI-TOF-MS)，“高效液相色谱法串联质谱法”(HPLC-MS/MS)，“表面等离子体共振”(SRP)形成，任选使用标记。
本发明的测定装置可被安排单个或者多个测定，但是优选安排多个(同时)测定。本发明的测定装置优选地更进一被安排接受、控制、处理、分级、分类、编目、输出和/或储存根据本发明对微生物进行分类的区别性特征的测定结果，并且为了这个目的优选提供诸如计算单元和数据文件的设备，所述数据文件包括用于微生物分类的微生物区别性特征。
具有区别性特征数据文件的测定装置优选同样被安排编目通过使用本发明测定装置获得的测定结果。计算单元可被用作测定装置部分，而且还可以外表或者与测定装置分离使用。计算单元被安排用来执行计算，其中使用本发明测定装置获得的结果可以与数据文件中的区别性特征相比较。为了这个目的，计算单元优选包括输入输出设备，其可与相应的测定装置的输出设备和相应的具有区别性特征的数据文件的输入输出设备相连。
更进一步，本发明的计算单元优选地被安排使用本发明的测定装置根据微生物的分类学地位对获得的微生物的区别性特征进行分级和分类。为了这个目的，优选地结果作为本发明测定装置的数据输入本发明的计算单元的输入端，随后通过本发明的计算单元进行分级或者分类。
本发明的计算单元优选地是解决算法比较的数学计算单元，尤其是其中微生物的分级和分类区别性特征在统计上与数据库的相关信息比较，并且其中优选地将计算结果输出到显示器上。优选地，本发明的计算单元包括微处理机。
为了通过计算单元比较分析，优选采用算法计算机分析方法，诸如自组织映射，分级群集，多维标度，主成分分析，监督学习，k-最近邻算法，支持向量机，离差分析和部分最小二乘方。这些方法是本领域技术人员已知的。
本发明的计算单元被安排用于根据区别性特征对微生物进行分类。优选地，这种分类包括分类学的分类。分类优选产生微生物的详细分类学定位或者鉴定。
根据本发明对标注有临床和/或工业相关信息的微生物进行分类的装置进一步包括含有大量微生物的临床和/或工业相关信息的数据库并且优选地用于大量临床和/或工业场合。
本发明包含临床和/或工业相关信息的数据库包括至少一个用于存储所有可能信息类型的存储单元，总之所述信息类型与在临床和/或工业环境中起重要作用的微生物相关，优选数字化相关。本发明的数据库可以包括临床相关信息和工业相关信息的组合。优选地，本发明的数据库包括两种环境中的一种的相关信息，所述信息限于本发明装置的特异性应用。
总之与在临床环境中具有重要作用的微生物相关的信息优选地根据不同的分类群并且基于不同的微生物分类水平进行分类。此外，可以根据微生物的不同天然或者人造、已知的或者不典型的混合群对信息进行分类。
这种信息例如可以包括关于微生物本身以及它们引起的感染特性的信息，诸如微生物的地理来源，显露后病征明显的潜伏时间，对微生物的影响已知的抗生素，从有关遭受或者已经遭受了感染的病人获得的信息，诸如平均年龄，共给药，健康状态，人种来源，流行病学来源，家族关系等等。和/或从已经用于特异性感染的治疗方法获得的信息，诸如给药方法，饮食，相关食物/环境。
总之与在工业环境中具有重要作用的微生物相关的信息可以例如包括关于微生物以及实施处理的特性的信息，诸如物理以及生物学工艺参数的信息，诸如pH，Aw(水分活性)以及温度灵敏度和/或关于工艺处理的信息，所述处理已被用于特异性工艺过程，诸如冷却，冷冻，巴氏杀菌，杀菌，而且还包括诸如使用高压，光，电或者磁场以及辐射的其它技术。同时，这可以包括源于净化以及使用消毒剂的效果的效应。
本发明的数据库提供了数据输入的设备并且优选地通过输出连接到数据显示单元。
可以增添新信息到数据库或者从那里去除信息，产生具有运态字符的数据库。通过增添新相关信息，数据库的大小和细节将得以提高从而为结果提供更好的基础。
本发明包含临床或者工业相关信息的数据库和包含区别性特征作为根据发明对微生物进行分类的测定装置部分的数据文件可以在另一对存在于本发明数据库中的临床或者工业相关信息进行标注是通过将微生物或者使用本发明测定装置获得的微生物的分类信息与可疑微生物或者其更高分类学水平的微生物的数据库的相关信息组合进行的。
本发明的输出装置可以例如以特异性建议治疗或者工艺处理方法能够成功的机会方式发生，或者可以例如以非常适合的治疗或者工艺处理方法建议的方式进行。
参考文献Aufauvre-Brown A，Cohen J，Holden DW.1992.利用随机扩增的多态型DNA标记区分烟曲霉的分离子(Use of randomly amplifiedpolymorphic DNA markers to distinguish isolates of Aspergillusfumigatus.)J Clin Microbiol.30(11)2991-3.
Botstein D，White RL，Skolnick M，Davis RW.1980.利用限制性片段长度多态性构建人的遗传连锁图谱(Construction of a genetic linkagemap in man using restriction fragment length polymorphisms.)Am J HumGenet.32(3)314-31.
Chee M，Yang R，Hubbell E，Bemo A，Huang XC，Stem D，Winkler J，Lockhart DJ，Morris MS，Fodor SP.1996.利用高密度DNA阵列存取遗传信息(Accessing genetic information with high-density DNA arrays.)Science 274(5287)610-4.
Compton，J.(1991).基于核酸序列的扩增(Nucleic acid sequence-based amplification.)Nature 350(6313)，91-2Davies，J.(1997).抗生素抗性决定因素的来源，探测和传播)InAntibiotic ResistanceOrigins，Evolution，Selection and Spread.CibaFoundation Symposium 207，S.15-35，Wiley，Chichester.
Fodor，S.P.A.Read，J.L.Pirrung，M.C.Stryer，L.Lu A.T.andSolas D.1991.光介导的可空间寻址的平行化学合成( )Science 251767-773
Maes N.，Magdalena J.，Rottiers S.，De Gheldre Y.and Struelens M.J.(2002).三重PCR分析的评价以将金黄色葡萄球菌与凝固酶阴性的葡萄球菌区分开来并确定血液培养物的二甲基苯青霉素的抗性(Evaluation of a Triplex PCR Assay To Discriminate Staphylococcusaureus from Coagulase-Negative Staphylococci and Determine MethicillinResistance from Blood Cultures.J ClinMicrobiol.)40(4)1514-1517.
McEwen JG，Taylor JW，Carter D，Xu J，Felipe MS，Vilgalys R，Mitchell TG，Kasuga T，White T，Bui T，Soares CM.病原真菌的分子分型(Molecular typing of pathogenic fungi.)Med Mycol.2000；38 Suppl 1189-197.
Mullis，K.B.，and Faloona，F.A.(1987).通过聚合酶催化的链反应体外特异性合成DNA(Specific synthesis of DNA in vitro via apolymerase-catalyzed chain reaction.)Methods Enzymol.，155，335-50.
Vos，P.，Hogers，M.，Bleeker，M.，Reijans，M.，van de Lee，T.，Homes，M.，Frijters，A.，Pot，J.，Peleman，J.，Kuiper，M.and Zabeau，M.(1995).AFLP一种DNA指纹分析的新技术(AFLPa new technique forDNA fingerprinting.)Nucleic Acids Res.，23，4407-4414.
Mueller，U.G.and Wolfenbarger，L.L.(1999).AFLP基因分型和指纹分析综述(AFLP genotyping and fingerprinting-a review.)Trends inEcol.&Euol.，14，389-394.
权利要求
1.用于对标注有临床和/或工业相关信息的微生物进行分类的装置，其包括测定装置和数据库，所述测定装置包含计算单元和用于根据区别性特征对微生物进行分类的数据文件以及所述数据库含有多个微生物的临床和/或工业相关信息，其中所述测定装置和所述数据库提供输入和输出设备并互相偶联从而对分类的微生物自动标注所述临床和/或工业相关信息。
2.根据权利要求1的装置，其中所述微生物包括临床上相关的微生物。
3.根据权利要求1或2的装置，其中所述测定装置包括生理学和/或遗传学标记阵列。
4.根据权利要求3的装置，其中所述遗传标记包括寡核苷酸。
5.根据上述权利要求任一项的装置，其中所述测定装置的数据文件包括形态学、生理学、血清学、病理学、分类学或遗传学特征。
6.根据上述权利要求任一项的装置，其中所述数据库包括临床相关信息和/或工业相关信息。
7.根据权利要求6的装置，其中所述临床相关信息包括有关微生物、有关感染特性、有关病人和/或有关处理方法的信息。
8.根据权利要求6的装置，其中所述工业相关信息包括有关微生物、有关自工艺特性、有关工艺参数和/或有关工艺处理的信息。
9.根据上述权利要求任一项的装置，其中所述计算单元被安排用于进行算法计算机分析，所述分析选自自组织映射，分级群集，多维标度，主成分分析，监督学习，k-最近邻算法，支持向量机，离差分析和部分最小二乘方。
10.根据上述权利要求任一项的装置，其中所述计算单元被安排用于通过使用本发明的测定装置对获得的微生物的区别性特征进行分级和分类。
11.对标注有临床和/或工业相关信息的微生物进行分类的方法，其包括利用本发明的装置。
12.根据权利要求11的方法，其中将含有微生物材料的样品与本发明的测定装置在接触位点进行接触以测定特定区别性特征在微生物中的存在或者缺失。
全文摘要
本发明涉及用于微生物分类的装置和方法。尤其是，本发明涉及用于标注有临床和/或工业相关信息微生物分类的装置和方法。本发明的装置包括用于根据区别性特征对微生物进行分类的测定装置，含有大量微生物临床和/或工业相关信息的数据库，以及用于比较测定装置的结果和数据库中信息的计算单元以标注微生物的临床和/或工业相关信息，并且其中测定装置，数据库和数据分析装置提供输入和输出的设备。
文档编号G06F19/18GK1650314SQ03809223
公开日2005年8月3日 申请日期2003年4月24日 优先权日2002年4月25日
发明者亨里克斯·马瑟斯·威廉默斯·泰森, 罗伊·克里斯蒂安·蒙泰因, 弗兰克·亨利·约翰·许伦 申请人:荷兰应用科学研究组织