介绍
物理和数学等科学领域被认为是精确的科学。生物学,包括微生物学,是不同的。微生物系统具有更多的不可控变量,导致增加实验的复杂性和减少实验准确性。大数量的变量在给定的微生物研究源自生命系统固有的复杂性。每个变量造成一定程度的误差,根据系统,可能会传播线性或非线性的。涉及变量越多,更多的错误预期,导致改变给定的研究的结果。练习使用微生物学家——甚至指望——这样的变化在他们的研究。然而,Microchem实验室的客户有时困惑2022足球世界杯32强或惊讶,因为他们希望所有科学产生准确和精确的结果。本文讨论了固有的可变性在抗菌测试的原因。
人类研究微生物多样性的研究作为一个窗口
大多数人欣赏的挑战测量单个变量的影响在许多其他人在人类研究中。例如,考虑临床研究,大型试验基于承诺较小的临床前研究经常失败(1)。大型试验不需要如果生物实验精确地复制。在某些情况下甚至大规模试验的结果很难复制。或者考虑研究,以确定是否使用手机会导致脑癌。十多个研究,大约三分之一表明使用手机会增加脑瘤的风险,另外三分之一左右的研究表明手机对肿瘤形成没有影响,使用手机和其他指示保护人们免受脑瘤。在这样的研究中,研究人员试图隔离单变量的影响在生物系统固有的成千上万的潜在变量在研究中,从地理位置到化学暴露遗传学。
虽然细菌和真菌不复杂的人类和动物,他们可以进行广泛的化学转换和在实验环境中微妙的变化很敏感。小周边环境的变化会影响蛋白质和其他分子和细胞,导致化学、物理、生物反应(2、3、4、5)。尽管单个微生物不如个体复杂的人类,他们传播更迅速和数量的数十亿美元或在大多数研究数万亿。就像人类一样,细菌和真菌的行为并不总是可以预见的研究。
变化的原因在抗菌功效的研究大致可以分为三个部分:测试系统(如微生物和环境条件),执行研究的科学家(s),测试物质。
变量在测试系统
测试系统的每个部分,包括微生物,测试表面或反应容器,和各种环境条件,包括众多的变量和每一个会影响研究的结果。温度和湿度是一个重要的考虑因素,因为它测试实验室之间有很大的差异,甚至每天在同一个实验室。最标准化的测试方法试图控制这些差异给一个狭窄的温度范围内,必须培养细菌(例如36°C±2°C)或要求测试物质研究期间举行一个恒定的温度。然而,这些范围通常是由科学共识;缺乏经验证据表明,范围足够严格限制研究中可变性。不同的环境条件对微生物产生影响,导致他们贡献变异性研究的一个重要来源。
细菌生长在液体培养基(和真菌生长在琼脂)并非同质。细胞通过不同生长阶段短期间的生活和一些细胞内的文化可能比其他人更容易测试的物质。细菌,有些比别人更多,也会形成团块,它可以保护你的细菌集团内部从严酷的测试环境,甚至测试物质本身。为了控制这种可变性,微生物的一些测试方法需要多个亚文化可以使用之前和几个方法包括步骤旨在减少,但不是完全消除,丛生的微生物的存在。几乎没有证据表明多个亚文化减少可变性,它也导致旧文化。老文化比新鲜的文化有不同的细胞成分,可以因此对抗菌素的反应也不同。此外,许多官方测试方法沉默是否静态或动态孵化细菌培养。动态孵化文化暴露于更多的气体交换,他们的生理不同于静态生长细菌(6)。
下的应变测试微生物的研究也可以影响结果。在美国,美国环境保护署(EPA)试图最小化尽可能的可变性来源,推荐使用特定的细菌和真菌菌株(7)。例如,有超过50个不同的金黄色葡萄球菌菌株的写明ATCC(美式文化集合)上市的网站,一个非盈利的生物资源中心专注于标准参考微生物的分布。这些菌株表现出不同的遗传特性和潜在暴露在相同的测试物质的反应不同。因此,美国环保局推荐只有一个特定的金黄色葡萄球菌菌株(写明ATCC 6538金黄色葡萄球菌)消毒剂和洗手液测试。尽管所有的努力,在菌株水平的变化了解甚少。例如,众所周知,写明ATCC 6538株金黄色葡萄球菌可能出现白色和黄色菌落琼脂板相同,表明至少适度表型方差(视觉上明显)从一个殖民地的有机体
变化的另一个重要原因是微生物生长媒体和生长条件。不同品牌的媒体中使用不同的实验室,每个都有不同的实验室水,可以包含不同数量的矿物质和营养物质或有不同的pH值,因此可以有不同的影响在细菌的生理机能和新陈代谢(3),EPA试图控制媒体,通过推荐具体的增长。然而,媒体不同的标准方法和多数大型实验室使增长媒体在实验室,所以每一批会略有不同。考虑到汽车运行不同的只有百分之几的差异燃料辛烷值水平。考虑到生长介质由微生物转化成更多的微生物,理所当然,微生物将propagage不同培养基中略有不同。不幸的是,在生长培养基成分的细微差别的影响微生物组成,扩散并没有得到充分的研究并不是很清楚。
变化引起的操作符
正如前面提到的,人类是复杂的动物。尽管最好的科学努力,人们不会执行运动连续两次完全相同的方式。在研究运动例如喷洒消毒剂或擦拭测试表面,这增加了可变性,很难避免。每次测试样品或测试表面是被操纵的,他们会稍微不同的处理。大多数方法在美国用于消毒剂注册涉及某种固有的操纵变量测试物质的科学家。其他运营商的行为所带来的实验变化的例子包括接种测试表面的运营商不同,从一个测试表面。
小移液和混合文化的变化,接种的运营商,干燥的微生物在测试表面或治疗测试表面向测试添加可变性。一个很好的例子就是采用AOAC公认的杀菌喷雾产品测试,修改擦拭。在该测试中,玻璃载体细菌处理测试擦干。不同的科学家将适用不同的压力上擦拭,稍有不同的方式擦拭。认识到这是一个伟大的实验变化的潜在来源,美国环保署最近召开了一次研讨会,讨论的最佳方式擦拭,折叠,拿着擦在研究。等因素的压力时使用擦拭很难(如果不是不可能标准化和代表从测试系统可变性的一个例子。
测试物质变化引起的
第三个潜在的可变性来源是测试物质本身。消毒剂是像任何其他化学物质;许多因素可以影响其稳定性和活动。例如,测试物质的年龄是一个考虑。像其他的化学物质,在消毒剂有效成分有一个半衰期,受pH值和温度等因素的影响(8),增加并发症的一半生活像漂白剂消毒将大大低于第四纪的半衰期消毒剂,并可能取决于容器的存储或频率混合。
为了评估这个元素测试物质的变化,为新消毒剂声称,美国环保署历史上要求三个不同的大量的消毒剂进行测试,其中一个是需要至少60天。介绍了这个要求,因为相同的消毒剂可以执行不同的测试在不同的年龄。然而,现在美国环保署似乎放松这一要求,以换取制造商测试他们的产品在人为的低活性成分的浓度水平。不管EPA的现行政策,它重要的制造商的抗菌物质进行稳定性测试,以确定他们的产品的活动随着时间的推移,时代以来的产品是如此紧密地联系在一起的活动。
要求测试三种不同的很多介绍了抗菌剂的EPA因为不同很多可以在他们的成分略有不同,因此在他们的活动。消毒剂很少包含只有一个成分。他们通常是最有效和无效成分的混合物在不同浓度。消毒剂很多差异可以引起的变化在生产过程中或活性成分之间的差异。同时公司努力保持其抗菌产品的质量和成分相同,细微变化等因素引起的不同的人员或不同的环境条件会导致轻微的每批之间的区别。因此,测试三个很多而不仅仅是一个增加鲁棒性的研究,确保预期的小原料成分的差异不影响抗菌的功效。
合成消毒剂或其他抗微生物剂可以是一个复杂的过程,多种化学物质被添加到每个其他创建最终的产品。他们被添加的顺序会影响最终产品的结果作为化学反应一旦他们彼此接触。这可能导致反应物浓度的变化,改变消毒剂的成分。因此重要的是要考虑成分添加的顺序在评估一种抗菌物质的疗效差异。
一些消毒剂是用来被稀释。大多数时候,他们被稀释为抗菌功效测试使用所谓的硬质水,这是制定现场功效测试实验室和类似于自来水矿产方面的内容。水的硬度(钙PPM)是减少抗菌的功效的解决方案,有些是比其他人更受影响。因此,消毒剂,卖给消费者通常被稀释的测试与水的硬度(例如300 ppm)。可以预期,如果水用于消毒剂将执行不同稀释展品不同级别的硬度,这又增加了一层变化如果不同批次的努力使水被用于研究。
抗菌素有各种各样的形式和形状。他们可以液体或粘稠,可以涂到一个坚硬的表面或集成到一个纺织。某些形式比其他人更容易变化。antimcrobials液体,液体覆盖的表面覆盖着微生物的研究是非常重要的,另一个潜在来源的变化。一般来说,较低的液体表面张力(表面活性剂)比那些没有表面活性剂当所有其他的东西都是平等的。
一种粘性物质比液体更难以与微生物混合物质,会增加错误的程度。防腐剂效果的屏幕或USP < 51 >,例如,测试方法受到这个变量的影响。这些方法用于测试样品中的防腐剂的效果如霜或乳液通过挑战接种微生物和观察他们的生存能力在1 - 4周。更多的粘性物质也更难样本,从而进一步增加变异性。
表面活性剂的环境有利于表面涂布或浸渍的抗菌药物。表面活性剂通常是必要的努力促进细菌的传播在疏水表面和纺织品。这很重要,因为表面的疏水性能会造成菌剂的起泡剂,防止一些细菌相互作用的抗菌涂料。同时,表面活性剂或包含液体洗涤剂抗菌物质会显示改善覆盖的测试表面与不含这些物质补充成分,导致疗效降低。
时,可能会引起另一个问题在生产过程中,抗菌物质合并硬表面或纺织品上是不均匀的。这可能导致相同的测试样本的某些部分比其他人更抗菌,导致减少微生物数量差异。这的一个例子是一个来源的变化控制以外的实验室,并有可能控制以外的制造商。
其他因素干扰等活性成分的文化补充“土壤”(一步所需消毒剂索赔)或血液,一些微生物生长所需(9)。当暴露在细菌或真菌培养液,测试物质的活动可以减少通过自灭。初始接种体越高,影响越大。由于上述原因,得到相同数量的微生物在每个运营商是不可能的,这增加了另一个的可变性来源抗菌功效的研究。
未知来源的变化
讨论了一些已知的变化的原因,但可能还有其他的可变性来源一样大,但未知的微生物学家。例如,科学家们可能有一天发现某些测试生物体接触某些消毒剂的防御机制的存在的其他成员相同的应变,但前提是生长在光的存在。或者它可能的情况是,一个给定的微生物——比如大肠杆菌写明ATCC 11229为了例子——变异多,更高的速度比其他细菌,在某种程度上,它几乎是不可能的两个实验室在几次文化后比较结果。有先例的“未知”的可变性来源,例如当一些细菌被证明从紫外线损伤恢复孵化时的灯在黑暗中但当孵化(现在这种现象理解为细菌引起的DNA修复酶称为光裂合酶)。
什么程度的变化预计将在一个抗菌功效测试?
考虑普通水平的变化,我们必须首先考虑数量的微生物的广泛研究。例如,一个采用AOAC公认使用稀释测试可能在一开始就利用近1万亿个微生物penicylinders作为初始接种体的一部分,但是被简化为3测试后幸存的细胞。这些数字是有很大不同的研究,说,狼种群黄石公园
因此,微生物种群通常不使用一个线性表示规模,而是在对数尺度。一个简单的方法来理解对数刻度是把它看成是10。例如10000年的对数(日志)10的基础是4 (= 104)。四个日志减少将意味着只有一个细菌或真菌细胞10000幸存下来等于百分之一减少99.99%。对应于三个日志减少减少了99.9%,两个日志对应减少99%,减少和降低一个日志将转化为90%。
在微生物世界的区别1日志和4日志很大,尤其是当你从数字开始像100万个细胞。减少一个日志仍然会留下100000个活细胞而减少四个日志将把这一数字降低到10。减少了40%或50%乍一看似乎是一个好结果,但实际上微生物数量并不减少大量。作为一个例子,美国环保署要求至少99.9%(或3日志)减少非食品接触杀毒功能测试。食品接触洗手液测试,减少增加(或5日志)减少99.999%。记住,50% - -90%的变化是很常见的。作为一个经验法则,暂停测试0.5日志可变性是普通而表面测试数增加1日志,有时更多。
然而,也有其优势。如果由不同的科学家实验重复执行和/或在不同的日子和这项研究的结果是相同的,它表明低水平的变化,增加了结果的鲁棒性,使它们更有意义。
可以做些什么来减少变异性的影响?
总的来说,实验结果必须是可再生的有意义。现在我们知道可变性在生物系统是无法避免的,如何减少其影响意义?最好的策略提高再现性的可能性的研究是选择一个实验室经验丰富的微生物学家和一只眼睛朝着控制变化,然后增加实验用大量复制的鲁棒性研究。增加复制或者个人测量的数量减少的贡献(4)错误。因为这是一个很好的例子,采用AOAC公认Use-Dilution方法或采用AOAC公认的杀菌喷剂产品测试。初始消毒剂注册,美国环保署要求这两个测试执行与60运营商的59必须通过测试,给予95%的置信水平。这大量的复制可以确保一个正面或负面的结果不只是偶然发生。
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