病原菌菌種保藏數字化系統建設與實踐研究

楊 汝，李 剛，吳夢瑩，賈 偉

(寧夏醫科大學總醫院醫學實驗中心，寧夏銀川 750004)

微生物菌種資源是指人工可以培養、可持續利用的、具有一定科學意義、有實際或潛在應用價值的細菌、真菌、病毒、細胞株及其相關信息[1]。世界各國對這項資源均給予了極大的重視，是國家戰略性生物資源之一,是支撐微生物科技進步與創新的重要科技基礎條件。微生物菌種資源的有效長期保存是發揮其重要作用的前提。國際上一直比較重視微生物菌種資源的保存與共享交流。國外發達國家微生物菌毒種資源庫建立得很早，有的已達近百年歷史。國內微生物菌種資源庫，由于資金和管理機制等問題，發展緩慢，保藏相對落后，菌種管理信息化水平低。就現狀而言,微生物菌種的檢索主要是傳統的書面形式，菌種信息的管理主要靠人工手寫或貼標簽于凍存管上，置于超低溫冰箱保存。手寫信息存在難以辨識、觸摸時易脫落、可寫內容少、墨水易褪色等問題[2]。

臨床病原菌菌種保藏管理是醫學微生物檢驗領域中的一項重要工作，長期穩定儲存大量攜帶相關信息的菌種是研究臨床病原菌致病和耐藥機制的基礎[3]，同時，因涉及微生物安全,要求實現集中規范化管理。此外，隨著信息技術和互聯網技術的普及，國內發達省區市的各菌種保藏機構已實現了資源共享和分配，為全球提供稀缺的微生物資源[4]。

寧夏醫科大學總醫院醫學實驗中心微生物室菌種保藏室保藏有各種臨床病原菌約5萬余株，如何對這些病原菌種進行科學的分類整理、放置和保藏，實現數字化管理和網絡化共享是需要解決的迫切問題。因此，本研究設計并開發了一套針對病原菌菌種保藏及信息管理的數字化軟硬件系統，為科學、規范化保存病原菌及其相關信息提供了基礎，也為寧夏回族自治區內、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。

1 材料與方法

1.1菌種資源信息庫的需求分析 自2005年至今，寧夏醫科大學總醫院低溫冰箱保存有近5萬株從臨床標本中分離的病原菌，保存的菌株數量多，不乏罕見病原菌，如耐藥機制革蘭陽性球菌等。但管理手段落后，采取手工登記菌種的辦法，與日益增長的科研需求和現代化管理及生物安全要求相去甚遠。

1.2菌種庫的流程設計 將收集菌株分為臨床分離菌株和專項研究收集菌株，分別制定相應的菌株資料、相應病例資料收集及信息庫建設流程[5]。對標準菌種[6]和其他單位的菌種需在系統中錄入信息；對本院臨床標本分離菌種,鑒于已有檢驗信息系統,直接與其接口,實現菌種信息和相關臨床資料的直接獲取[7]。綜合分析后基本工作流程設計如下：經分離提純和鑒定完的菌種，手動錄入或從檢驗信息系統獲取菌種資料，確認后將菌種信息入庫并打印菌種標簽，再將菌種管存入冰箱，實物入庫。取用時先在系統進行信息檢索，準確獲取所需菌種信息后取出菌種，復蘇使用，再歸還，并新增和保存此次使用記錄。

1.3菌種資源信息庫開發的軟硬件環境

1.3.1硬件 5臺-80 ℃冰箱，1臺二維條碼防凍打印機，P2+生物安全實驗室，按ISO15189標準建立的臨床細菌檢測室，2臺細菌藥敏鑒定儀，1臺質譜儀，1臺微生物前處理設備。

1.3.2軟件 實驗室信息系統和WHONET軟件，可與之做接口。本系統采用SQL Server2008數據庫和Java語言開發工具，基于B/S架構。

2 結 果

2.1菌種庫的功能構建 本系統的功能主要有系統登錄、菌種管理、其他菌種錄入、冰箱設置和菌種檢索等。

2.1.1系統登錄 系統設置多級權限，不同的用戶登入后擁有不同的管理和操作權限。

2.1.2凍存冰箱內的架構設計 對冰箱的所有空間位置進行編號，標明用途。冰箱里依次分為層、架、盒、孔。依次放置和編號，如2-C-3-06-11，即2號冰箱-第3層-3架-6盒-11孔。

2.1.3保存細菌 本系統與實驗室建信息系統接口，對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菌列表或根據條碼號、上機號、檢驗號、登記號、住院號、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：固定一個架子和相應的位置專門留取此類細菌。

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，長方形條形碼貼于管身，包含的信息有條碼號和位置號。可分別在架子、盒子、孔上選擇，分別打印出架子、盒子、孔的條碼。將條碼貼好，菌種準確入庫。

2.1.5取菌 打開盒子，選擇一個或多個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，選擇用途，如用于科研課題、質控、其他等。還可添加備注，如選擇不歸還時必須注明備注信息。根據取出類型，孔位會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，選擇多個需要的菌株。

2.1.6歸還和修改代數 用完菌歸還時必須掃條碼放入，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，孔位恢復借之前的狀態，如未歸還，孔位被清空。可修改菌種的代數，默認為第1代，如有代數變化提示選擇代數。每個盒子及菌株均有固定的位置，若放錯位置，會提示報警。

2.1.7其他菌種錄入 用于錄入其他非實驗室細菌，可錄入菌名、來源、數量、批號、代數、類型等。其他細菌的操作如保存、取出、歸還等和實驗室細菌一樣。

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。根據輸入的菌名、時間、藥敏試驗等信息檢索菌種。可查詢冰箱使用情況，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打開孔位。還可查詢孔位的存取，如根據患者姓名、標本類型、科室、菌名、操作日期、操作工號、位置、存取類型等或通過孔位圖形定位查看當前信息或歷史信息。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、取菌時間等)。

2.1.9菌種報警信息 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庫及數字化信息管理系統的建立 自2015年正式投入運行以來，已將現存5萬余株菌種順利入庫，實現了科學保存和數字化管理。該系統操作簡捷、功能實用、界面友好，可視化操作。經多次功能不斷完善，目前系統運行穩定。見圖1。

圖1 病原菌菌種庫管理系統界面

3 討 論

傳統紙面管理方法無法實現快捷、準確地查找需要的菌種信息，無法對存儲的菌種進行定位，對存儲的菌種沒有出入庫、庫存、查詢數量和位置等相關信息的統計,本系統解決了上述問題。

本系統軟件的優點是基于B/S架構，比起C/S架構，無需安裝客戶端,使用更加方便；其能與實驗室檢驗信息系統、WHONET軟件集成，減少菌種錄入的工作，同時，能獲取豐富的菌種臨床資料。

本系統除有效地管理了本院現存的菌種外，還可用于病原菌的研究，為相關人員提供了品種豐富、便于查詢取用的資源庫。亦可為其他單位提供保藏服務，實現病原菌菌種資源庫的共享，填補了寧夏地區在病原菌菌種保藏信息化領域的空白。

由于本院微生物室既通過了ISO15189認可[8]，同時，又是自治區微生物重點實驗室，硬件設施較好，因此，構建了真正符合生物安全要求和《中國醫學微生物菌種保藏管理辦法》[9]規定的菌種資源庫。

本系統的研發成功使寧夏回族自治區內菌種保藏達到國內先進水平，為全區各類人員提供了研究臨床病原菌資源平臺，推動了開展細菌的深入研究,進而科學界定了寧夏回族自治區病原菌的生物學特征、耐藥性變遷及臨床表現之間的關系，對制定科學、合理的治療方案和行之有效的防控策略具有極為關鍵的作用。

《“十二五”生物技術發展規劃》明確要求建設國家生物信息中心，包括生物信息庫和大型生物樣本資源庫及共享服務體系，但樣本庫的建設至今尚無國際標準[10]。只有在各地均嘗試探索建立樣本庫的過程中找到共性認識，對建立標準是有益的。

菌種庫建設時間跨度大、蘊含信息量多，其信息和功能管理必須采用特定的定制化的計算機管理系統，以提高建庫工作效率和提供便捷的資源共享服務[11-12]。本系統各種功能模塊的構建，完全從實際出發，根據針對實際流程及存在的問題而設計，因此，實用性很強。通過本系統將信息技術用于菌種管理，使全院均能嚴格遵照相關的生物安全和菌種管理制度，受到各級醫療主管部門的肯定和好評。

下一步工作方向，一是實現基于移動互聯網的APP瀏覽；二是實現冰箱自動取出或存入凍存管，將軟件與硬件無縫聯動。

綜上所述，通過本系統的開發建設，使寧夏地區細菌保藏實現了數字化和網絡化，為細菌研究提供了資源共享平臺，下一步將研究在寧夏回族自治區推廣使用，推進寧夏回族自治區菌種的統一管理和使用，進而更好地服務于寧夏地區醫療衛生事業發展。

菌種庫建設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，需繼續加強與國內外先進機構的交流學習，以期盡快實現寧夏地區菌種保藏管理工作與國際水平的同步。