導(dǎo)讀：中科院青島生物能源與過程研究所的論文引起了學(xué)界的關(guān)注。論文提出基于“拉曼組”的耐藥性快檢技術(shù)，證明通過高通量單細(xì)胞拉曼成像，能夠不依賴于培養(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。

　　耐藥性快檢，一直是擺在中外科學(xué)家面前的一道難題。10月19日《科學(xué)報(bào)告》上發(fā)表了一篇來自中科院青島生物能源與過程研究所的論文，引起了學(xué)界的關(guān)注。論文提出基于“拉曼組”的耐藥性快檢技術(shù)，證明通過高通量單細(xì)胞拉曼成像，能夠不依賴于培養(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。

　　中科院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心主任徐健研究員告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者說：“我們團(tuán)隊(duì)在研發(fā)微生物學(xué)新技術(shù)新裝備的過程中，敏銳捕捉到了耐藥性檢測技術(shù)開發(fā)的巨大潛力和機(jī)遇。”

　　耐藥性快檢難題

　　20世紀(jì)初，世界上三分之一人死于肺炎、結(jié)核、腸炎及腹瀉。相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示，今天心臟病和癌癥成為人類的主要?dú)⑹郑蚍窝缀土鞲兴劳龅娜藬?shù)則不到4.5%。這是人類應(yīng)用抗生素在公共衛(wèi)生領(lǐng)域取得的重要成果。

　　如今，人類卻又走到了事情的另一個(gè)，濫用抗生素導(dǎo)至耐藥菌的出現(xiàn)及廣泛傳播。對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)測體系，以提高現(xiàn)有抗生素使用的針對性和有效性，從而推遲與遏制耐藥性的傳播。

　　因此，今年8月26日國家衛(wèi)生計(jì)生委等14部門聯(lián)合印發(fā)的《遏制細(xì)菌耐藥國家行動(dòng)計(jì)劃(2016—2020)》明確提出：“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)測體系”。

　　據(jù)徐健介紹，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)，但對于臨床常見致病菌，培養(yǎng)法耗時(shí)長達(dá)24-48小時(shí)(對于難培養(yǎng)或生長緩慢的細(xì)菌則無能為力)，同時(shí)無法揭示耐藥機(jī)制。

　　“PCR(聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))和基因組測序技術(shù)可通過鑒定耐藥基因來間接推測耐藥的可能性。”徐健進(jìn)一步指出，“但該技術(shù)依賴于已知的耐藥基因參照序列，故無法分析未知的耐藥性，且通常無法定量檢測，因此一般情況下只能作為一種輔助手段。”

　　臨床實(shí)踐上為了指導(dǎo)“用藥”，急需細(xì)菌耐藥性及其耐藥機(jī)制的直接、快速測量技術(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日美國國立衛(wèi)生研究院懸賞兩千萬美元，專門激勵(lì)細(xì)菌耐藥性快檢技術(shù)的研發(fā)。

　　提出“拉曼組”概念

　　對這個(gè)領(lǐng)域的探索，中國科學(xué)家一直都在積極嘗試。從2012年起，徐健團(tuán)隊(duì)就意識(shí)到耐藥性檢測技術(shù)開發(fā)的巨大潛力。利用單細(xì)胞中心近六年來開發(fā)的單細(xì)胞成像技術(shù)，徐健及其博士生滕琳提出了“拉曼組”的概念。

　　滕琳向記者解釋了什么是“拉曼組”：它是特定條件和時(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應(yīng)于一類化學(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，而且其測量無需破壞細(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特定藥物或環(huán)境變化的敏感性和耐受性。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，所以“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。

　　隨后，來自中科院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞分析部、生物信息團(tuán)隊(duì)、微生物組部等部門的10多人參與的攻關(guān)小組成立，目標(biāo)直指“拉曼組突破微生物耐藥性快檢”。

　　萬事開頭難，在項(xiàng)目進(jìn)展過程中，滕琳和她的隊(duì)友們遇到了不少困難，其中之一是“拉曼組”的數(shù)據(jù)分析。滕琳說：“該系列實(shí)驗(yàn)對來自各種藥物種類、劑量、給藥時(shí)間的300多個(gè)細(xì)胞群體進(jìn)行了單細(xì)胞拉曼成像，采集了超過6000個(gè)細(xì)胞的拉曼光譜，共包括近900萬個(gè)拉曼峰。”

　　重重壓力下，這個(gè)樂觀堅(jiān)毅的女孩沒有低頭認(rèn)輸。經(jīng)過四年多的努力，滕琳和攻關(guān)小組的其他隊(duì)員們發(fā)展了一系列數(shù)據(jù)分析和可視化的新方法，深入挖掘和驗(yàn)證了“拉曼組”與微生物藥物應(yīng)激反應(yīng)之間的相互關(guān)聯(lián)，從而證明“拉曼組”能快速測量微生物耐藥性并分辨其藥物應(yīng)激機(jī)制。

　　廣泛的應(yīng)用前景

　　此外，“拉曼組”還能準(zhǔn)確測量給藥過程中藥敏性在細(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。科研人員證明了“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。

　　徐健表示，作為一種新的“表型組”手段與組學(xué)大數(shù)據(jù)類型，“拉曼組”具有重要的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)意義上的轉(zhuǎn)錄組、蛋白組或代謝組不同，“拉曼組”在單個(gè)細(xì)胞精度對細(xì)胞群體或群落進(jìn)行快速、低成本的代謝狀態(tài)成像與監(jiān)控，這對于生命體系異質(zhì)性機(jī)制研究具有重要意義，同時(shí)在藥物篩選、環(huán)境檢測、生物資源挖掘、生物過程控制等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。

　　在耐藥性檢測方面，“拉曼組”基于單細(xì)胞成像，不依賴于細(xì)菌的繁殖，通常能夠在一個(gè)小時(shí)內(nèi)完成細(xì)菌耐藥性測量和機(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。

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