微生物鉴定的过程与方法
微生物鉴定是指借助现有的分类系统,通过对未知微生物的特征测定,对其进行细菌、酵母菌或霉菌大类的区分,或属、种及菌株水平确定的过程,其基本流程包括分离纯化和鉴定。鉴定的方法有表型微生物鉴定和基因型微生物鉴定。未知菌鉴定时通过与微生物鉴定系统中的参考微生物(模式菌株、标准菌株或经确认的菌株等)的特征(基因型和/或表型)相匹配来完成。
微生物鉴定先进行分离纯化,以此确认待鉴定菌的基本特征,将待鉴定菌进行初步分类。常见的初筛过程包括菌落形态观察、染色镜检、重要的生化试验,如氧化酶试验、过氧化氢酶试验、凝固酶试验等。
表型微生物鉴定法
表型微生物鉴定依据表型特征的表达来区分不同微生物间的差异,是经典的微生物分类鉴定法。以微生物细胞的形态和习性表型为主要指标,通过比较微生物的菌落形态、理化特征和特征化学成分与典型微生物的差异进行鉴别。微生物鉴定常见的表型特征如下表:
微生物细胞的大小和形态、芽孢、细胞组分、表面抗原、生化反应和对抗菌剂的敏感性等表型的表达除受其基因的控制外,还与微生物的分离环境、培养基和生长条件等外界因素有关。表型微生物鉴定通常需要大量的纯培养物,而微生物的恢复、增殖和鉴定易受培养时间的影响。事实上许多环境微生物在普通的微生物培养基中是无法恢复的。此外,一些从初始培养基中刚分离出的受损微生物可能还无法完整地表达其全部表型属性。因此,在表型鉴定时应注意采用的培养基、培养时间和传代次数对鉴定结果的影响。
基因型微生物鉴定法
与表型微生物鉴定不同的是,基因型微生物鉴定通常不受培养基或分离物活性的影响,只需分离出纯菌落便可用于分析。由于大部分微生物的DNA序列是高度保守的,所以理论上基因型微生物鉴定更为准确。
通过分子生物学的核酸测序手段,得到待鉴定微生物的DNA碱基序列,与已知微生物的DNA碱基序列进行比较,就能够确定其亲缘关系的远近从而获得鉴定结果。基因型微生物鉴定常用的方法有:用于细菌的16S rRNA测序、用于真菌的18S rRNA和26SrRNA测序或内转录间隔区测序(ITS),以及可以获得微生物全部DNA碱基序列的全基因组测序(WGS)。rRNAs记录了微生物的进化历史,通过与数据库比对细菌16S rRNA、真菌的18S rRNA和26SrRNA或ITS碱基序列,一般可以对微生物分类鉴定到属或种的水平,全基因组测序(WGS)更是可以精确到菌株水平。
微生物鉴定方法的选择
总的来说,表型微生物鉴定操作简单,普及度高,丰富的试剂盒可供实验选择,但其鉴定精确度有限,过程相对繁琐。基因型微生物鉴定基于核酸测序技术,其准确度高,速度快,需要的样品量小,但成本相对较高。在有些情况下,需要两种鉴定方式相结合才能给出准确结果。
事实上,微生物鉴定不仅可以用于食品腐败的调查,在例如药企生产、环境微生物监控、污染溯源等项目均有应用。以食品工厂为例,菌株鉴定流程大致如下:
随着微生物鉴定技术的发展和进步,表型鉴定技术走向小型化和标准化的方向,基因测序随着测序平台的开发成本也在不断降低。相信在不远的将来,微生物鉴定技术会在各个相关领域做出更大的贡献。
参考:《中国药典》 2020年版