病原菌菌種保藏?cái)?shù)字化系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)踐研究

楊 汝，李 剛，吳夢(mèng)瑩，賈 偉

(寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，寧夏銀川 750004)

微生物菌種資源是指人工可以培養(yǎng)、可持續(xù)利用的、具有一定科學(xué)意義、有實(shí)際或潛在應(yīng)用價(jià)值的細(xì)菌、真菌、病毒、細(xì)胞株及其相關(guān)信息[1]。世界各國(guó)對(duì)這項(xiàng)資源均給予了極大的重視，是國(guó)家戰(zhàn)略性生物資源之一,是支撐微生物科技進(jìn)步與創(chuàng)新的重要科技基礎(chǔ)條件。微生物菌種資源的有效長(zhǎng)期保存是發(fā)揮其重要作用的前提。國(guó)際上一直比較重視微生物菌種資源的保存與共享交流。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家微生物菌毒種資源庫(kù)建立得很早，有的已達(dá)近百年歷史。國(guó)內(nèi)微生物菌種資源庫(kù)，由于資金和管理機(jī)制等問題，發(fā)展緩慢，保藏相對(duì)落后，菌種管理信息化水平低。就現(xiàn)狀而言,微生物菌種的檢索主要是傳統(tǒng)的書面形式，菌種信息的管理主要靠人工手寫或貼標(biāo)簽于凍存管上，置于超低溫冰箱保存。手寫信息存在難以辨識(shí)、觸摸時(shí)易脫落、可寫內(nèi)容少、墨水易褪色等問題[2]。

臨床病原菌菌種保藏管理是醫(yī)學(xué)微生物檢驗(yàn)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要工作，長(zhǎng)期穩(wěn)定儲(chǔ)存大量攜帶相關(guān)信息的菌種是研究臨床病原菌致病和耐藥機(jī)制的基礎(chǔ)[3]，同時(shí)，因涉及微生物安全,要求實(shí)現(xiàn)集中規(guī)范化管理。此外，隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)省區(qū)市的各菌種保藏機(jī)構(gòu)已實(shí)現(xiàn)了資源共享和分配，為全球提供稀缺的微生物資源[4]。

寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心微生物室菌種保藏室保藏有各種臨床病原菌約5萬(wàn)余株，如何對(duì)這些病原菌種進(jìn)行科學(xué)的分類整理、放置和保藏，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和網(wǎng)絡(luò)化共享是需要解決的迫切問題。因此，本研究設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套針對(duì)病原菌菌種保藏及信息管理的數(shù)字化軟硬件系統(tǒng)，為科學(xué)、規(guī)范化保存病原菌及其相關(guān)信息提供了基礎(chǔ)，也為寧夏回族自治區(qū)內(nèi)、外廣大的研究微生物病原菌的科研工作者提供便利的信息檢索平臺(tái)。

1 材料與方法

1.1菌種資源信息庫(kù)的需求分析 自2005年至今，寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院低溫冰箱保存有近5萬(wàn)株從臨床標(biāo)本中分離的病原菌，保存的菌株數(shù)量多，不乏罕見病原菌，如耐藥機(jī)制革蘭陽(yáng)性球菌等。但管理手段落后，采取手工登記菌種的辦法，與日益增長(zhǎng)的科研需求和現(xiàn)代化管理及生物安全要求相去甚遠(yuǎn)。

1.2菌種庫(kù)的流程設(shè)計(jì) 將收集菌株分為臨床分離菌株和專項(xiàng)研究收集菌株，分別制定相應(yīng)的菌株資料、相應(yīng)病例資料收集及信息庫(kù)建設(shè)流程[5]。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)菌種[6]和其他單位的菌種需在系統(tǒng)中錄入信息；對(duì)本院臨床標(biāo)本分離菌種,鑒于已有檢驗(yàn)信息系統(tǒng),直接與其接口,實(shí)現(xiàn)菌種信息和相關(guān)臨床資料的直接獲取[7]。綜合分析后基本工作流程設(shè)計(jì)如下：經(jīng)分離提純和鑒定完的菌種，手動(dòng)錄入或從檢驗(yàn)信息系統(tǒng)獲取菌種資料，確認(rèn)后將菌種信息入庫(kù)并打印菌種標(biāo)簽，再將菌種管存入冰箱，實(shí)物入庫(kù)。取用時(shí)先在系統(tǒng)進(jìn)行信息檢索，準(zhǔn)確獲取所需菌種信息后取出菌種，復(fù)蘇使用，再歸還，并新增和保存此次使用記錄。

1.3菌種資源信息庫(kù)開發(fā)的軟硬件環(huán)境

1.3.1硬件 5臺(tái)-80 ℃冰箱，1臺(tái)二維條碼防凍打印機(jī)，P2+生物安全實(shí)驗(yàn)室，按ISO15189標(biāo)準(zhǔn)建立的臨床細(xì)菌檢測(cè)室，2臺(tái)細(xì)菌藥敏鑒定儀，1臺(tái)質(zhì)譜儀，1臺(tái)微生物前處理設(shè)備。

1.3.2軟件 實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)和WHONET軟件，可與之做接口。本系統(tǒng)采用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫(kù)和Java語(yǔ)言開發(fā)工具，基于B/S架構(gòu)。

2 結(jié) 果

2.1菌種庫(kù)的功能構(gòu)建 本系統(tǒng)的功能主要有系統(tǒng)登錄、菌種管理、其他菌種錄入、冰箱設(shè)置和菌種檢索等。

2.1.1系統(tǒng)登錄 系統(tǒng)設(shè)置多級(jí)權(quán)限，不同的用戶登入后擁有不同的管理和操作權(quán)限。

2.1.2凍存冰箱內(nèi)的架構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)冰箱的所有空間位置進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)明用途。冰箱里依次分為層、架、盒、孔。依次放置和編號(hào)，如2-C-3-06-11，即2號(hào)冰箱-第3層-3架-6盒-11孔。

2.1.3保存細(xì)菌 本系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室建信息系統(tǒng)接口，對(duì)需保存的菌種可在列表中直接選擇。選擇好日期范圍，查詢選擇待放位置的細(xì)菌列表或根據(jù)條碼號(hào)、上機(jī)號(hào)、檢驗(yàn)號(hào)、登記號(hào)、住院號(hào)、人名、菌名、科室等條件查找。然后依次選擇要存放的冰箱、層位、架位、盒子、孔位。特殊菌種的保存：固定一個(gè)架子和相應(yīng)的位置專門留取此類細(xì)菌。

2.1.4打印條碼 凍存管上條碼由兩部分組成，圓形二維碼貼于凍存管頂部，長(zhǎng)方形條形碼貼于管身，包含的信息有條碼號(hào)和位置號(hào)?？煞謩e在架子、盒子、孔上選擇，分別打印出架子、盒子、孔的條碼。將條碼貼好，菌種準(zhǔn)確入庫(kù)。

2.1.5取菌 打開盒子，選擇一個(gè)或多個(gè)有菌株的孔選擇取出及取出類型，如取出不歸還或取出歸還，同時(shí)，選擇用途，如用于科研課題、質(zhì)控、其他等。還可添加備注，如選擇不歸還時(shí)必須注明備注信息。根據(jù)取出類型，孔位會(huì)以不同的形狀和顏色顯示。也可批量取菌，不用掃條碼，選擇批量取菌功能，同時(shí)，選擇多個(gè)需要的菌株。

2.1.6歸還和修改代數(shù) 用完菌歸還時(shí)必須掃條碼放入，掃描條形碼或二維碼，找到所在的孔位，選擇類型為已歸還和未歸還。如已歸還，孔位恢復(fù)借之前的狀態(tài)，如未歸還，孔位被清空?？尚薷木N的代數(shù)，默認(rèn)為第1代，如有代數(shù)變化提示選擇代數(shù)。每個(gè)盒子及菌株均有固定的位置，若放錯(cuò)位置，會(huì)提示報(bào)警。

2.1.7其他菌種錄入 用于錄入其他非實(shí)驗(yàn)室細(xì)菌，可錄入菌名、來源、數(shù)量、批號(hào)、代數(shù)、類型等。其他細(xì)菌的操作如保存、取出、歸還等和實(shí)驗(yàn)室細(xì)菌一樣。

2.1.8菌種檢索 通過患者和菌株的任何信息均可查到菌種位置。根據(jù)輸入的菌名、時(shí)間、藥敏試驗(yàn)等信息檢索菌種?？刹樵儽涫褂们闆r，選擇冰箱，逐層打開可看到冰箱、層、架子、盒子、孔位的使用情況；也可掃描條碼定位，輸入或掃描入位置號(hào)打開孔位。還可查詢孔位的存取，如根據(jù)患者姓名、標(biāo)本類型、科室、菌名、操作日期、操作工號(hào)、位置、存取類型等或通過孔位圖形定位查看當(dāng)前信息或歷史信息。通過盒子、架子、管子上的條碼查到所含菌株的一切信息，即在該軟件操作的所有信息(如取菌者、取菌時(shí)間等)。

2.1.9菌種報(bào)警信息 可查看超過7 d尚未歸還的菌株信息。

2.2臨床病原菌菌種資源保藏存儲(chǔ)庫(kù)及數(shù)字化信息管理系統(tǒng)的建立 自2015年正式投入運(yùn)行以來，已將現(xiàn)存5萬(wàn)余株菌種順利入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)保存和數(shù)字化管理。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)捷、功能實(shí)用、界面友好，可視化操作。經(jīng)多次功能不斷完善，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。見圖1。

圖1 病原菌菌種庫(kù)管理系統(tǒng)界面

3 討 論

傳統(tǒng)紙面管理方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)快捷、準(zhǔn)確地查找需要的菌種信息，無(wú)法對(duì)存儲(chǔ)的菌種進(jìn)行定位，對(duì)存儲(chǔ)的菌種沒有出入庫(kù)、庫(kù)存、查詢數(shù)量和位置等相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì),本系統(tǒng)解決了上述問題。

本系統(tǒng)軟件的優(yōu)點(diǎn)是基于B/S架構(gòu)，比起C/S架構(gòu)，無(wú)需安裝客戶端,使用更加方便；其能與實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)信息系統(tǒng)、WHONET軟件集成，減少菌種錄入的工作，同時(shí)，能獲取豐富的菌種臨床資料。

本系統(tǒng)除有效地管理了本院現(xiàn)存的菌種外，還可用于病原菌的研究，為相關(guān)人員提供了品種豐富、便于查詢?nèi)∮玫馁Y源庫(kù)。亦可為其他單位提供保藏服務(wù)，實(shí)現(xiàn)病原菌菌種資源庫(kù)的共享，填補(bǔ)了寧夏地區(qū)在病原菌菌種保藏信息化領(lǐng)域的空白。

由于本院微生物室既通過了ISO15189認(rèn)可[8]，同時(shí)，又是自治區(qū)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，硬件設(shè)施較好，因此，構(gòu)建了真正符合生物安全要求和《中國(guó)醫(yī)學(xué)微生物菌種保藏管理辦法》[9]規(guī)定的菌種資源庫(kù)。

本系統(tǒng)的研發(fā)成功使寧夏回族自治區(qū)內(nèi)菌種保藏達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，為全區(qū)各類人員提供了研究臨床病原菌資源平臺(tái)，推動(dòng)了開展細(xì)菌的深入研究,進(jìn)而科學(xué)界定了寧夏回族自治區(qū)病原菌的生物學(xué)特征、耐藥性變遷及臨床表現(xiàn)之間的關(guān)系，對(duì)制定科學(xué)、合理的治療方案和行之有效的防控策略具有極為關(guān)鍵的作用。

《“十二五”生物技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》明確要求建設(shè)國(guó)家生物信息中心，包括生物信息庫(kù)和大型生物樣本資源庫(kù)及共享服務(wù)體系，但樣本庫(kù)的建設(shè)至今尚無(wú)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[10]。只有在各地均嘗試探索建立樣本庫(kù)的過程中找到共性認(rèn)識(shí)，對(duì)建立標(biāo)準(zhǔn)是有益的。

菌種庫(kù)建設(shè)時(shí)間跨度大、蘊(yùn)含信息量多，其信息和功能管理必須采用特定的定制化的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，以提高建庫(kù)工作效率和提供便捷的資源共享服務(wù)[11-12]。本系統(tǒng)各種功能模塊的構(gòu)建，完全從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)針對(duì)實(shí)際流程及存在的問題而設(shè)計(jì)，因此，實(shí)用性很強(qiáng)。通過本系統(tǒng)將信息技術(shù)用于菌種管理，使全院均能嚴(yán)格遵照相關(guān)的生物安全和菌種管理制度，受到各級(jí)醫(yī)療主管部門的肯定和好評(píng)。

下一步工作方向，一是實(shí)現(xiàn)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的APP瀏覽；二是實(shí)現(xiàn)冰箱自動(dòng)取出或存入凍存管，將軟件與硬件無(wú)縫聯(lián)動(dòng)。

綜上所述，通過本系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)，使寧夏地區(qū)細(xì)菌保藏實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，為細(xì)菌研究提供了資源共享平臺(tái)，下一步將研究在寧夏回族自治區(qū)推廣使用，推進(jìn)寧夏回族自治區(qū)菌種的統(tǒng)一管理和使用，進(jìn)而更好地服務(wù)于寧夏地區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展。

菌種庫(kù)建設(shè)和使用過程中尚存在不少問題，如菌種信息不夠全面、菌種保存方法單一等，需繼續(xù)加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)構(gòu)的交流學(xué)習(xí)，以期盡快實(shí)現(xiàn)寧夏地區(qū)菌種保藏管理工作與國(guó)際水平的同步。