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持留菌影響抗生素用藥 單細(xì)胞拉曼光譜提供研究方法
2022年09月29日 15:07:26 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:宋池 點(diǎn)擊量:4691

近期,中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所與香港大學(xué)合作,利用單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)在單菌體精度揭示了持留菌的代謝特征,為研究微生物持留現(xiàn)象的產(chǎn)生和持留菌復(fù)蘇的機(jī)制提供了進(jìn)一步的線索,有助于開發(fā)針對(duì)慢性感染復(fù)發(fā)的新治療策略和方法。

  【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近期,中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所與香港大學(xué)合作,利用單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)在單菌體精度揭示了持留菌的代謝特征,為研究微生物持留現(xiàn)象的產(chǎn)生和持留菌復(fù)蘇的機(jī)制提供了進(jìn)一步的線索,有助于開發(fā)針對(duì)慢性感染復(fù)發(fā)的新治療策略和方法。
 
  面對(duì)惡劣的生存條件和巨大的生存壓力,微生物開發(fā)了多種策略,“持留”(persistence)現(xiàn)象就被認(rèn)為是最重要的機(jī)制之一。在抗生素或其他極端環(huán)境條件下,一部分細(xì)菌會(huì)保持休眠狀態(tài),降低正常的生理代謝水平,以“保存實(shí)力”。在抗菌治療結(jié)束之后,持留菌仍能恢復(fù)活力,重新生長(zhǎng)繁殖,從而造成微生物感染復(fù)發(fā),難以治愈。
 
  對(duì)于持留菌的研究主要來自對(duì)大腸桿菌的各種實(shí)驗(yàn)。21世紀(jì)以來,持留菌研究越來越多。然而,由于缺乏精確的分離和標(biāo)記方法等各種技術(shù)限制,對(duì)大腸桿菌持留狀態(tài)的識(shí)別、生存機(jī)制、代謝活動(dòng)等仍無法進(jìn)一步深入研究。
 
  單細(xì)胞拉曼光譜(SCRS)是一種非侵入式技術(shù),通過采用同色激光作為光源來獲得細(xì)胞拉曼光譜,從而識(shí)別單個(gè)細(xì)胞的生化特性。這些特定的光譜就像單個(gè)細(xì)胞的分子“指紋”,能夠表征細(xì)胞的底物代謝、產(chǎn)物合成、藥敏性、環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)等關(guān)鍵代謝功能。
 
  研究團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞拉曼光譜鑒定了大腸桿菌宿主在不同生長(zhǎng)階段的拉曼光譜,并用水拉曼組耐藥性快檢原理(D2O-Ramanometry)分析了宿主細(xì)胞形成和復(fù)蘇期間的代謝活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn):
 
  首先在藥物刺激后和早期復(fù)蘇過程中,持留大腸桿菌的單細(xì)胞拉曼光譜全譜與非持留狀態(tài)有明顯差異,該發(fā)現(xiàn)有助于識(shí)別持留狀態(tài)的細(xì)菌單細(xì)胞。其次,在持留菌細(xì)胞內(nèi),脂質(zhì)、多糖和多數(shù)與蛋白質(zhì)相關(guān)的拉曼信號(hào)(除酰胺外)均有所增強(qiáng),表明持留菌比同期的非持留狀態(tài)細(xì)胞更快地積累了更多的儲(chǔ)能物質(zhì)。同時(shí)持留菌細(xì)胞的核酸含量明顯降低,進(jìn)入分裂周期的過程受到顯著抑制。最后,持留菌“復(fù)蘇階段”的早期,持留菌始終保持恒定的代謝速率,顯著低于對(duì)照組(繼續(xù)用藥)中的持留菌,且低于同期的非持留狀態(tài)細(xì)胞(未經(jīng)藥物處理)。
 
  研究人員表示,這項(xiàng)工作豐富了他們對(duì)微生物宿主細(xì)胞的特色表型和意外功能的認(rèn)識(shí),并可能有助于推進(jìn)微生物學(xué)這一關(guān)鍵領(lǐng)域的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究。
 
  (資料來源: 青島生物能源與過程研究所)
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