抗生素的濫用導(dǎo)致了耐藥性的廣泛傳播。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，2016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)，但對于臨床常見致病菌，培養(yǎng)法耗時長達(dá)24~48小時，難以揭示耐藥機(jī)制，且對于難培養(yǎng)或生長緩慢的細(xì)菌無能為力。
PCR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，但它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NIH懸賞二千萬美元，專門激勵細(xì)菌耐藥性快檢技術(shù)的研發(fā)。
針對這些瓶頸，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(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。該工作于10月19日在線發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）。
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）。“拉曼組”（Ramanome）是特定條件和時間點(diǎn)下，一個細(xì)菌細(xì)胞群體之單細(xì)胞拉曼光譜的集合。每個單細(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抗生素的敏感性和耐受性。而不同的抑菌機(jī)制會引起細(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、重金屬等三類共六種不同類型化學(xué)藥物在多個劑量、給藥時間、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應(yīng)著一種特定的拉曼組動態(tài)變化規(guī)律，而由31個特定拉曼峰組合而成的“耐藥性拉曼識別碼”可高度靈敏、可靠地識別細(xì)菌針對這些化學(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。 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小時內(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。
通過系統(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，將能建立一個新型細(xì)菌耐藥性表型組學(xué)技術(shù)平臺，以服務(wù)耐藥性快檢，支撐臨床精準(zhǔn)用藥。 上述工作由單細(xì)胞中心徐健實(shí)驗(yàn)室和英國牛津大學(xué)黃巍等合作完成，獲得了科技部、基金委等項(xiàng)目的前期支持。 論文信息： Lin Teng, Xian Wang, Xiaojun Wang, Honglei Gou, Lihui Ren, Tingting Wang, Yun Wang, Yuetong Ji, Wei E. Huang, Jian Xu, Label-free, rapid and quantitative phenotyping of stress response in E. coli via ramanome. Sci Rep, 2016. 6:34359. DOI:10.1038/srep34359.
