銅綠假單胞菌快速檢測方法的優(yōu)化研究
2021-12-10 16:33:54 來(lái)源: 食品安全導刊
單 萌1,周 婀1,馬 瑜2*
(1.上??底R食品科技有限公司,上海 201101;
2.陜西省微生物研究所,陜西西安 710043)
摘 要:為優(yōu)化銅綠假單胞菌檢測方法,本研究對不同選擇性培養基的篩選效力及選擇性進(jìn)行了評價(jià),并按照GB 8538—2016對人工污染樣品進(jìn)行了檢驗;進(jìn)而,將選擇性培養基鑒定結果與VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(MALDI-TOF-MS)結合,對不同檢測技術(shù)、方法的有效性、適用性及相互之間的融合性進(jìn)行了比較和分析,以期提升銅綠假單胞菌的檢測效率及準確度。結果表明,乙酰胺瓊脂上銅綠假單胞菌的特異性較差,會(huì )出現假陽(yáng)性或假陰性結果;而銅綠假單胞菌顯色培養基(RAPID’s P.aeruginosa Agar)則具有典型的菌落特征以及較短的增菌時(shí)間,因此,將該培養基與VITEK 2 Compact系統結合使用可有效提高檢測的靈敏度、特異性及時(shí)效性,適用于對大批量樣品進(jìn)行快速判定。
關(guān)鍵詞:銅綠假單胞菌;快速檢測方法;優(yōu)化
Comparison and Optimization of the Rapid Detection Method for Pseudomonas Aeruginosa
SHAN Meng1, ZHOU E1, MA Yu2*
(1.MasterKong CO., Ltd., Beverage IRD Center,Shanghai 201101,China;2.Shaanxi Institute of Microbiology, Xi'an 710043, China)
Abstract: In order to optimize the detection method for Pseudomonas aeruginosa, comparison of the effectiveness and selectivity of different selective media was performed, and the artificially contaminated samples were tested according to the GB 8538—2016. Finally, for the purpose of improving the detection efficiency and accuracy of P.aeruginosa, the results obtained above were combined with the VITEK 2 Compact and MALDI-TOF MS Biotyper System. The effectiveness, applicability and integration of the three detection methods were compared and analyzed. The results showed that the specificity of acetamide agar for Pseudomonas aeruginosa was poor, and accompanied with false positive/negative results occasionally. However, the RAPID’s P.aeruginosa Agar was notable for its typical colony characteristics and short incubation time. Therefore, the combination of RAPID’s P.aeruginosa Agar with the technique of VITEK 2 Compact System was suitable for rapid determination of large quantities of samples with the , which can improve the sensitivity, specificity and timeliness of the detection remarkably.
Keywords: ; rapid detection method; optimization
銅綠假單胞菌(),屬假單胞菌屬,廣泛分布于水、土壤、空氣、植物、污水、醫院、動(dòng)物及人體內等各類(lèi)環(huán)境中,是一種常見(jiàn)的水源性和食源性條件致病菌[1-3]。該菌可引起機體組織器官病變甚至壞死,進(jìn)而引起腸胃炎、敗血癥等病癥及不同程度的人畜共患性傳染病;同時(shí),其產(chǎn)生的多種致病因子容易引起免疫力低下及受抑制人群或長(cháng)期使用抗生素人群的化膿性感染和耐藥性問(wèn)題[4-5]。此外,銅綠假單胞菌形成生物膜后,對干燥、紫外線(xiàn)、消毒劑等理化因素及不良環(huán)境具有較強的抵抗力;且由該菌污染引起的產(chǎn)品腐敗會(huì )嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì),導致經(jīng)濟損失。因此,實(shí)現銅綠假單胞菌準確、快速檢測一直是食品加工業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)和迫切需求[6]。
利用培養基對微生物菌群中特定微生物具有選擇性的這一特征,可以通過(guò)不同的選擇性培養基從環(huán)境中對微生物進(jìn)行分離。而關(guān)于銅綠假單胞菌的檢測主要依賴(lài)于培養方法,其中最為關(guān)鍵的是選擇合適的培養基。目前,已有多種選擇性培養基,如抗生素篩選培養基[7]、色素篩選培養基[8]及乙酰胺培養基[9]可用于假單胞菌的分離篩選。我國關(guān)于銅綠假單胞菌的檢測大多依據GB 7918.4—1987[10]和
GB 8538—2016[11],此外,國標GB 19298—2014中明確規定各類(lèi)抽檢水樣品中均不得檢出銅綠假單胞菌[12]。但上述標準中的檢測方法主要依賴(lài)于傳統的分離培養、形態(tài)學(xué)觀(guān)察及生化鑒定等檢測手段,檢測耗時(shí)長(cháng)、過(guò)程煩瑣、且容易出現假陽(yáng)性或假陰性結果,不利于企業(yè)快速判斷結果,進(jìn)而造成檢測結果滯后。因此,實(shí)現銅綠假單胞菌的快速、準確檢測具有重要意義。
隨著(zhù)人們生活水平和對健康意識的不斷提高,包裝飲用水成為了許多家庭和集體飲用水的首選。近年來(lái),隨著(zhù)包裝飲用水的消費數量的不斷上升、產(chǎn)品種類(lèi)及包裝方式的多元化,包裝飲用水中檢出銅綠假單胞菌的報道逐漸增多,原有的傳統檢測方法已難以滿(mǎn)足當前的生產(chǎn)需求[13]。本研究同時(shí)對用于銅綠假單胞菌檢測的4種不同培養基的篩選效力及選擇性進(jìn)行了評價(jià),進(jìn)而通過(guò)將選擇性培養基鑒定結果與VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(MALDI-TOF-MS)結合,對不同檢測技術(shù)、方法的有效性、適用性及相互之間的融合性進(jìn)行了比較和分析,以期提升銅綠假單胞菌的檢測效率及準確度。
1 材料與方法
1.1 材料與儀器
標準菌株共 5 株, 包 括: 銅 綠 假 單 胞 菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC27853(N-1)、 大腸埃希氏菌(Escherichia coli)ATCC25922(N-2)、熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)ATCC13525(N-3)、 嗜 麥 芽 寡 養 單 胞 菌(Stenotrophomonasmaltrophilia)ATCC51331(N-4)、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingobacterium)ATCC31555(N-5),為廣東微生物菌種保藏中心保藏菌種。其中,銅綠假單胞菌N-1 (P. aeruginosa)ATCC27853 作為陽(yáng)性對照,其余菌株為陰性對照。G-1(銅綠假單胞菌,P.aeruginosa)、G-2( 銅 綠 假 單 胞 菌,P.aeruginosa)、G-3( 銅 綠假單胞菌,P.aeruginosa)、G-4(惡臭假單胞菌,Pseudomonas putida)、G-5(少動(dòng)鞘氨醇單胞菌,Sphingomonaspaucimobilis)為本實(shí)驗室保存菌株,乙酰胺實(shí)驗結果均呈陽(yáng)性。其中,G-1、G-2、G-3 分離自水源水,G-4、G-5 分離自產(chǎn)品水。
營(yíng)養瓊脂、假單胞菌瓊脂基礎培養基 /CN 瓊脂、平板計數培養基 /PCA 瓊脂、乙酰胺培養基、乙酰胺肉湯(廣東環(huán)凱微生物科技有限公司);RAPID’P.aeruginosa Agar(BIO-RAD)。
VITEK 2 Compact 30 全自動(dòng)細菌鑒定及藥敏分析系統(梅里埃);基質(zhì)輔助激光電離解析飛行時(shí)間質(zhì)普(MALDI-TOF MS Biotyper System)(布魯克);1 ~ 1000 μL 移液器(Eppendorf);LDZX-50KBS 型立式壓力蒸汽滅菌器(上海申安);VORTEX-6 渦旋振蕩儀(其林貝爾)。
1.2 試驗方法
1.2.1 菌株活化
將-80 ℃保存的5株標準菌株與5株實(shí)驗室保存菌株劃線(xiàn)接種于營(yíng)養瓊脂平板上,于36 ℃培養24 h,連續傳代2次,得到活化菌株[14]。
1.2.2 不同選擇培養基特異性比較
(1)特異性比較。將10株菌株分別劃線(xiàn)接種在營(yíng)養瓊脂、CN瓊脂、乙酰胺培養基、RAPID’s P.aeruginosa Agar4種培養基上,36 ℃培養24 h,比較4種培養基對試驗菌株的特異性。
(2)適用性比較。將10株菌株制成不同濃度(10-2~10-6 CFU)的菌懸液,按照GB 8538—2016的方法對水樣進(jìn)行過(guò)濾,將濾膜轉至營(yíng)養瓊脂、CN瓊脂、乙酰胺培養基、RAPID’s P.aeruginosa Agar4種培養基上,36 ℃培養24 h,觀(guān)察比較對試驗菌株在4種培養基上的生長(cháng)狀況及顯色反應。
1.2.3 人工模擬污染試驗
如表1所示,將2~4種菌混合,制備成10-1 CFU的混合菌懸液,梯度稀釋至10-5 CFU,取0.2 mL菌液加入250 mL模擬水樣中,按照GB 8538—2016的方法對水樣進(jìn)行過(guò)濾,將濾膜轉至乙酰胺培養基及RAPID’s P.aeruginosa Agar,36 ℃培養24 h,觀(guān)察、比較兩種培養基的檢驗效果。
1.2.4 VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定及藥敏分析系統鑒定方法
將活化后的菌株進(jìn)行革蘭氏染色,于光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察菌體形態(tài)及染色結果,根據染色結果和菌體形態(tài)選擇相應的鑒定卡。用一次性接種環(huán)挑取待測菌株單菌落至含3 mL 0.45% NaCl溶液的一次性懸浮試管中,調節麥氏濃度至0.5~0.6左右,填充對應鑒定卡,采用VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定及藥敏分析系統進(jìn)行系統鑒定。
1.2.5 基質(zhì)輔助激光電離解析飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS Biotyper System)鑒定方法根據MALDI-TOF MS Biotyper System操作規程,用一次性接種環(huán)挑取新鮮待測菌株單菌落涂布于MALDI靶板,滴加1 μL濃度為70%的甲酸溶液,室溫下晾干,覆蓋1 μL基質(zhì)液,室溫下自然晾干后上機測定。
1.3 數據處理
MALDI-TOF鑒定結果用Biotyper 3.1 database分析;其余結果采用Excel 2007進(jìn)行數據統計和分析。
2 結果與分析
2.1 不同選擇培養基特異性比較
2.1.1 特異性比較
10株菌株在4種培養基上培養24 h后的生長(cháng)狀況如表2所示。由表2可知,在營(yíng)養瓊脂、CN瓊脂及乙酰胺瓊脂培養基上,銅綠假單胞菌菌落無(wú)法與其他的假單胞菌和大腸菌群區分開(kāi)來(lái);在RAPID’s P.aeruginosa Agar上,銅綠假單胞菌呈現藍綠色,其他菌種在該培養基上不生長(cháng)或菌落顏色呈白色或淡黃色,可有效、快速的區分銅綠假單胞菌與其他菌群。
2.1.2 適用性比較
由表3可知,通過(guò)不同菌濃度的試驗可知,膜片上高濃度銅綠假單胞菌可能會(huì )使乙酰胺培養基呈玫紅色,低濃度銅綠假單胞菌不一定會(huì )使培養基呈玫紅色;標準菌株顯色效果要優(yōu)于從水源水中檢出銅綠假單胞菌;此外,惡臭假單胞菌可使乙酰胺培養基變色呈玫紅色。因此,實(shí)際操作中在乙酰胺培養基上無(wú)法直接有效區分銅綠假單胞菌與其他的菌落。不同菌濃度樣品的濾膜在RAPID’s P.aeruginosa Agar上表現一致,銅綠假單胞菌呈藍綠色,其他菌種在該培養基上不生長(cháng)或菌落顏色呈白色或淡黃色。因此,如使用濾膜法進(jìn)行銅綠假單胞菌的檢測,若使用乙酰胺培養基進(jìn)行篩選,有可能會(huì )造成結果假陰性或假陽(yáng)性的出現。而在RAPID’s P.aeruginosa Agar上的試驗,濾膜法與直接劃線(xiàn)法結果一致。
2.2 人工模擬污染試驗分析
RAPID’s P.aeruginosa Agar上,銅綠假單胞菌呈藍綠色,干擾菌不生長(cháng)或呈白色,其他菌不會(huì )干擾其在膜片上的生長(cháng);而乙酰胺培養基上不能分辨出銅綠假單胞菌與其他菌落。
2.3 VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統鑒定結果
所有菌株均為革蘭氏陰性菌株,VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統鑒定結果見(jiàn)表4。VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統對5株標準菌株的鑒定結果符合率為100%,其余5株保存菌株中G-1(99%)、G-2(98%)、G-3(99%)鑒定為銅綠假單胞菌。10株菌株中陽(yáng)性菌株為4株,陰性菌株為6株,4株銅綠假單胞菌全部被檢出。
2.4 基質(zhì)輔助激光電離解析飛行時(shí)間質(zhì)普(MALDI-TOF MS)鑒定結果
10株菌經(jīng)MALDI-TOF MS鑒定得到的結果與VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定所得鑒定結果一致,如表4所示。
2.5 銅綠假單胞菌檢驗方法的優(yōu)化及驗證
結合人工模擬污染試驗與兩種不同鑒定系統的檢驗結果,對銅綠假單胞菌檢驗方法進(jìn)行適當優(yōu)化,如圖1所示。優(yōu)化后的檢驗程序主要分為兩部分:①參考GB 8538—2016的方法對水樣進(jìn)行過(guò)濾,將濾膜轉至RAPID’s P.aeruginosa Agar培養基上,36 ℃培養22~30 h;②利用VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統對RAPID’s P.aeruginosa Agar平板上典型藍綠色菌落進(jìn)行鑒定。以檢驗程序兩部分的結果均為陽(yáng)性時(shí),判定為銅綠假單胞菌,其余結果為陰性。
采用優(yōu)化后的方法對1.2.3中的人工模擬污染試驗水樣進(jìn)行驗證試驗,結果如圖2所示。優(yōu)化后的方法在快速識別銅綠假單胞菌與其他干擾菌(呈白色)的同時(shí),實(shí)現了疑似菌落的快速鑒定。所得鑒定結果與傳統鑒定方法一致。
3 結論與討論
銅綠假單胞菌作為一類(lèi)致病性較低但耐藥性強的細菌,可以長(cháng)期在水環(huán)境中生存,是水質(zhì)監測的重要指標之一。隨著(zhù)銅綠假單胞菌污染飲用水及耐藥性等問(wèn)題的逐漸突出,選擇適合生產(chǎn)企業(yè)的簡(jiǎn)便、準確、高效的快速檢測方法,已成為當前產(chǎn)業(yè)界和保障人們食品安全的迫切需求?,F有國標中使用的傳統方法涉及濾膜過(guò)濾、微生物培養觀(guān)察鑒別及驗證、氧化酶試驗、產(chǎn)氨試驗等,由于試驗過(guò)程操作煩瑣、工作量大、成本高且耗時(shí)長(cháng),已難以滿(mǎn)足當前食品安全生產(chǎn)的需求。而針對假單胞菌的選擇性的開(kāi)發(fā)是一個(gè)長(cháng)期的挑戰。此外,不同檢測技術(shù)(或方法)的有效性、適用性及相互之間的融合性也成為了提升檢測效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著(zhù)微生物快速檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步,VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(MALDI-TOF-MS)已被廣泛用于常規試驗微生物,特別是銅綠假單胞菌的檢測與鑒定[15-17]。
為快速、有效地區分銅綠假單胞菌與其他干擾菌,本研究通過(guò)對不同選擇性培養基檢測效果進(jìn)行比較發(fā)現,乙酰胺瓊脂上銅綠假單胞菌的特異性較差,會(huì )出現假陽(yáng)性或假陰性結果,而銅綠假單胞菌顯色培養基(RAPID’s P.aeruginosa Agar)憑借其典型的菌落特征以及較短的增菌時(shí)間,適合對大批量樣品進(jìn)行快速判定。VITEK 2 Compact全自動(dòng)細菌鑒定系統及其所攜帶的分析系統可在快速完成菌種鑒定的同時(shí)對獲得數據結果進(jìn)行分析,操作過(guò)程安全、快速、準確、重復性好[18-19]。目前,該系統已被應用于中華人民共和國國家標準中關(guān)于沙門(mén)氏菌、單增李斯特氏菌和副溶血性弧菌的檢驗過(guò)程中[20-22]。但是,在日常檢驗工作中按照GB 8538—2016方法和GB 7918.4—1987方法檢測得到的部分陽(yáng)性菌株在采用VITEK 2 Compact系統進(jìn)行鑒定時(shí)會(huì )有一定概率呈現假陽(yáng)性或假陰性結果,從而會(huì )對實(shí)際生產(chǎn)中的水質(zhì)鑒定結論產(chǎn)生誤導。推測其原因在于部分樣品中的陽(yáng)性菌株在培養過(guò)程中因其細胞代謝產(chǎn)物理化性質(zhì)的差異導致了VITEK 2 Compact系統中個(gè)別生化顯色反應的變化從而導致系統的誤判。因此,在采用VITEK 2 Compact系統進(jìn)行鑒定時(shí),使用快速有效的特異性顯色培養基培養作為對照以減少假陽(yáng)性或假陰性誤差是十分必要的。
此外,基質(zhì)輔助激光電離解析飛行時(shí)間質(zhì)普(MALDI-TOF MS)因其對致病菌識別速度快等優(yōu)勢也在微生物檢測領(lǐng)域得到了推廣應用。崔學(xué)文等[23]應用MALDI TOF MS對不同來(lái)源的15株銅綠假單胞菌及8株干擾菌進(jìn)行鑒定,所得鑒定結果于VITEK完全一致。李進(jìn)等[24]利用MALDI TOF MS對VIM型和SPM型金屬酶銅綠假單胞菌進(jìn)行檢測分析,MALDI-TOF MS對25株VIM型菌株靈敏度為92.0%,對于20株SPM型菌株靈敏度為80.0%,所得結果比常規PCR技術(shù)更有優(yōu)勢。但是,由于MALDI-TOF MS具有極高的靈敏度,為避免試驗誤差影響,對于試驗所用的耗材、標準溶劑以及試驗器具的質(zhì)量要求較高。同時(shí),由于該檢測需要涉及使用專(zhuān)業(yè)計算機軟件對所得質(zhì)量圖譜與標準菌株圖譜庫進(jìn)行比對鑒定和各種數據的聚類(lèi)分析,因此對于檢測人員的技術(shù)和業(yè)務(wù)素養要求也較高。再加之整套系統的設備成本,使得該方法目前還難以在廣大的中小企業(yè)中得以普及應用。
因此,銅綠假單胞菌顯色培養基(RAPID’s P.aeruginosa Agar)憑借其典型的菌落特征以及較短的增菌時(shí)間,將該培養基與VITEK 2 Compact系統結合使用可有效提高檢測效率、準確率、特異性及時(shí)效性,適用于對大批量樣品進(jìn)行快速判定。但考慮到本研究所采用的試驗檢測樣本來(lái)源和數量的局限性,這一方法還需通過(guò)后續對大量實(shí)際樣本的檢測應用來(lái)積累數據,以期為我國的飲用水安全保障事業(yè)提供技術(shù)支持。
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基金項目:陜西省科學(xué)院科技計劃項目(2018nk-03);西安市科技計劃項目(2020KJRC148)。
作者簡(jiǎn)介:?jiǎn)蚊?1985—),女,遼寧沈陽(yáng)人,本科,中級工程師。研究方向:食品微生物風(fēng)險評估。
通信作者:馬瑜(1982—),女,陜西西安人,博士,副研究員。研究方向:應用生物技術(shù)。

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