Abstract The healthcare industry is in dire need for rapid microbial identification techniques. Microbial infection is a major healthcare issue with significant prevalence and mortality, which can be treated effectively during the early stages using appropriate antibiotics. However, determining the appropriate antibiotics for the treatment of the early stages of infection remains a challenge, mainly due to the lack of rapid microbial identification techniques. Conventional culture-based identification and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectroscopy are the gold standard methods, but the sample amplification process is extremely time-consuming. Here, we propose an identification framework that can be used to measure minute quantities of microbes by incorporating artificial neural networks with three-dimensional quantitative phase imaging. We aimed to accurately identify the species of bacterial bloodstream infection pathogens based on a single colony-forming unit of the bacteria. The successful distinction between a total of 19 species, with the accuracy of 99.9% when ten bacteria were measured, suggests that our framework can serve as an effective advisory tool for clinicians during the initial antibiotic prescription. Abstract Figure

ABSTRACT Background Rapid antimicrobial susceptibility testing (AST) for bloodstream infections (BSIs) facilitates the optimization of antimicrobial therapy, preventing antimicrobial resistance and improving patient outcomes. QMAC‐dRAST (QuantaMatrix Inc., Korea) is a rapid AST platform based on microfluidic chip technology that performs AST directly using positive blood culture broth (PBCB). This study evaluated the performance of QMAC‐dRAST for Gram‐negative bacteria using PBCB and subcultured colony isolates, comparing it with that of VITEK 2 (bioMérieux, France) using broth microdilution (BMD) as the reference method. Methods We included 141 Gram‐negative blood culture isolates from patients with BSI and 12 carbapenemase‐producing clinical isolates of Enterobacterales spiked into blood culture bottles. QMAC‐dRAST performance was evaluated using PBCB and colony isolates, whereas VITEK 2 and BMD were tested only on colony isolates. Results For PBCB, QMAC‐dRAST achieved 92.1% categorical agreement (CA), 95.3% essential agreement (EA), with 1.8% very major errors (VMEs), 3.5% major errors (MEs), and 5.2% minor errors (mEs). With colony isolates, it exhibited 92.5% CA and 95.1% EA, with 2.0% VMEs, 3.2% MEs, and 4.8% mEs. VITEK 2 showed 94.1% CA and 96.0% EA, with 4.3% VMEs, 0.4% MEs, and 4.3% mEs. QMAC‐dRAST yielded elevated error rates for specific antimicrobial agents, with high VMEs for carbapenems and aminoglycosides. The median time to result for QMAC‐dRAST was 5.9 h for PBCB samples and 6.1 h for subcultured colony isolates. Conclusions The QMAC‐dRAST system demonstrated considerable strengths and comparable performance to the VITEK 2 system; however, challenges were discerned with specific antimicrobial agents, underlining a necessity for improvement.

The genus Enterococcus is increasingly recognized for its involvement in various human infections, with several species known to be pathogenic. This study characterized Enterococcus sp. SMC-9, isolated from bile of a patient with cholangitis, and compared its characteristics with those of Enterococcus montenegrensis CoE-012-22 T , recently isolated from dried beef sausage. A comprehensive analysis, encompassing phylogenetic, genomic, and phenotypic studies, confirmed that strain SMC-9 belongs to the same species as E . montenegrensis CoE-012-22 T . However, comparative genomic analysis revealed key differences in virulence and antibiotic resistance gene profiles between the two strains. Notably, genes related to exopolysaccharide biosynthesis and the L-rhamnose biosynthesis pathway were found exclusively in strain SMC-9, suggesting their role in the strain’s colonization of the biliary tract and its involvement in cholangitis. Additionally, the tetracycline resistance gene tet(M) , which was absent in E . montenegrensis CoE-012-22 T , was identified in strain SMC-9, explaining its high tetracycline minimum inhibitory concentration (>16 μg/mL). These findings highlight the unique pathogenic traits of strain SMC-9 compared to E . montenegrensis CoE-012-22 T . Our study underscores the significant genetic and phenotypic variations that can exist among strains within the same species, highlighting the critical need for strain typing to assess their potential impact on patient outcomes and public health.

ABSTRACT Current guidelines recommend a two-step algorithm rather than relying solely on a single test for diagnosing Clostridioides difficile infection. This algorithm starts with enzyme immunoassay (EIA) for detecting glutamate dehydrogenase (GDH) and toxins A/B, followed by nucleic acid amplification test (NAAT) for GDH-positive but toxin-negative cases. This study compared the performance of three commercial NAATs: the STANDARD M10 C. difficile , Xpert C. difficile , and BD MAX Cdiff assays, utilized as confirmatory testing of the two-step algorithm. Two hundred archived stool specimens, previously tested GDH-positive but toxin-negative by EIA, were analyzed in parallel with these NAATs and toxigenic culture, which served as the reference standard. Sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value were 89.1%, 92.6%, 94.6%, and 85.2%, respectively, for the M10 assay; 95.8%, 86.4%, 91.2%, and 93.3%, respectively, for the Xpert assay; and 89.8%, 91.4%, 93.8%, and 86.0%, respectively, for the BD MAX assay. The rates of invalid results were 1.0%, 0.5%, and 1.0% for the M10, Xpert, and BD MAX assays, respectively. In conclusion, the M10 assay is a reliable diagnostic tool, performing comparably to the Xpert and BD MAX assays when used as confirmatory testing in the two-step algorithm. IMPORTANCE While numerous studies have assessed nucleic acid amplification tests (NAATs) as stand-alone tests for diagnosing Clostridioides difficile infection, limited research has compared their performance as confirmatory tests in a two-step algorithm. This study evaluated the performance of three commercial NAATs (M10, Xpert, and BD MAX assays) using 200 archived stool specimens initially tested as glutamate dehydrogenase (GDH)-positive but toxin-negative by GDH/toxin A/B enzyme immunoassay, the first step in the two-step algorithm. All three assays demonstrated high sensitivity (89.1% to 95.8%) and specificity (86.4% to 92.6%), with low rates of invalid results (≤1%). Our findings suggest that the M10 assay performs comparably to the Xpert and BD MAX assays when used as confirmatory testing in the two-step algorithm. Offering similar performance and turnaround time to these widely used assays at a slightly lower cost, the M10 assay serves as a practical alternative in this setting.