開(kāi)發(fā)基于拉曼組的細(xì)菌耐藥性快檢技術(shù)
中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng) / 2016-11-01 09:16:31
抗生素的濫用導(dǎo)致了耐藥性的廣泛傳播。對(duì)抗耐藥性不僅需要研發(fā)新型抗生素，還需要發(fā)展耐藥性快檢技術(shù)和監(jiān)測(cè)體系，以提高現(xiàn)有抗生素使用的針對(duì)性和有效性，從而推遲與遏制耐藥性的傳播。因此，2016年8月26日國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委等14部門(mén)聯(lián)合印發(fā)的《遏制細(xì)菌耐藥國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃(2016-2020)》明確提出要“加強(qiáng)抗菌藥物應(yīng)用和耐藥控制體系建設(shè)”和“完善抗菌藥物應(yīng)用和細(xì)菌耐藥監(jiān)測(cè)體系”。
自細(xì)菌發(fā)現(xiàn)至今，培養(yǎng)法仍是病原菌藥敏試驗(yàn)的主流通用標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于臨床常見(jiàn)致病菌，培養(yǎng)法耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)24~48小時(shí)，難以揭示耐藥機(jī)制，且對(duì)于難培養(yǎng)或生長(zhǎng)緩慢的細(xì)菌無(wú)能為力。PCR和基因組測(cè)序技術(shù)可通過(guò)鑒定耐藥基因來(lái)間接推測(cè)耐藥的可能性，但它依賴于已知的耐藥基因參照序列，故無(wú)法分析未知的耐藥性，且通常無(wú)法定量檢測(cè)，因此只能作為一種輔助手段。臨床實(shí)踐上為了指導(dǎo)“精準(zhǔn)用藥”，急需細(xì)菌耐藥性及其耐藥機(jī)制的直接、快速測(cè)量技術(shù)。臨床需求與技術(shù)現(xiàn)狀的矛盾如此緊迫和突出，以至于2016年9月8日美國(guó)NIH懸賞二千萬(wàn)美元，專(zhuān)門(mén)激勵(lì)細(xì)菌耐藥性快檢技術(shù)的研發(fā)。
針對(duì)這些瓶頸，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心提出了基于“拉曼組”的耐藥性快檢技術(shù)，證明通過(guò)高通量單細(xì)胞拉曼成像，能夠不經(jīng)培養(yǎng)、快速、定性、定量地表征細(xì)菌的藥物應(yīng)激性并區(qū)分其應(yīng)激機(jī)制。
首先，單細(xì)胞中心功能基因組團(tuán)隊(duì)研究員徐健及其博士生滕琳等提出了“拉曼組”的概念（圖1）?！袄M”（Ramanome）是特定條件和時(shí)間點(diǎn)下，一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞群體之單細(xì)胞拉曼光譜的集合。每個(gè)單細(xì)胞拉曼光譜由分別對(duì)應(yīng)于一類(lèi)化學(xué)鍵的上千個(gè)拉曼峰組成，反映的是特定細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的成分及含量的多維信息，而且其測(cè)量無(wú)需破壞細(xì)胞、不需要標(biāo)記，通常僅需毫秒乃至數(shù)秒鐘。因此，對(duì)于任一細(xì)菌群體，一個(gè)拉曼組相當(dāng)于單細(xì)胞精度、可快速、低成本測(cè)定與監(jiān)控的“代謝狀態(tài)”或“代謝物組”，其變化可直接反映和表征其針對(duì)特定抗生素的敏感性和耐受性。而不同的抑菌機(jī)制會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)代謝物組的不同變化，因此拉曼組的變化還具有區(qū)分乃至識(shí)別各種藥物應(yīng)激機(jī)制的潛力。
其次，研究人員以大腸桿菌為模式，通過(guò)單細(xì)胞拉曼光譜的高通量采集，結(jié)合多變量分析方法的創(chuàng)新，定量考察了抗生素、醇類(lèi)、重金屬等三類(lèi)共六種不同類(lèi)型化學(xué)藥物在多個(gè)劑量、給藥時(shí)間、細(xì)胞抗性條件下的拉曼組變化。研究發(fā)現(xiàn)，每一特定的藥物及其劑量都對(duì)應(yīng)著一種特定的拉曼組動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，而由31個(gè)特定拉曼峰組合而成的“耐藥性拉曼識(shí)別碼”可高度靈敏、可靠地識(shí)別細(xì)菌針對(duì)這些化學(xué)藥品的應(yīng)激反應(yīng)，并區(qū)分與揭示細(xì)胞的耐藥機(jī)制。此外，拉曼組還能準(zhǔn)確測(cè)量給藥過(guò)程中藥敏性在細(xì)菌群體中的異質(zhì)性變化，從而為研究細(xì)菌耐藥性的起源和進(jìn)化提供了有力工具。
最后，研究人員還證明拉曼組能夠快速區(qū)分抗性細(xì)菌與非抗性細(xì)菌，因此它在抑菌藥物篩選或耐藥細(xì)菌篩選這兩方面均具備成為一種新式平臺(tái)技術(shù)的潛力。
拉曼組基于單細(xì)胞成像，不依賴于細(xì)菌的繁殖，因此通常能夠在一個(gè)小時(shí)內(nèi)完成細(xì)菌耐藥性測(cè)量和機(jī)制區(qū)分，因此它在臨床耐藥性快檢方面具有重要優(yōu)勢(shì)。通過(guò)系統(tǒng)構(gòu)建各種主要病原菌和常用抗生素的拉曼組參照數(shù)據(jù)庫(kù)，將能建立一個(gè)新型細(xì)菌耐藥性表型組學(xué)技術(shù)平臺(tái)，以服務(wù)耐藥性快檢，支撐臨床精準(zhǔn)用藥。