抗生素的濫用導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)生計生委等14部門聯(lián)合印發(fā)的《遏制細菌耐藥國家行動計劃(2016-2020)》明確提出要“加強抗菌藥物應用和耐藥控制體系建設”和“完善抗菌藥物應用和細菌耐藥監(jiān)測體系”。

自細菌發(fā)現(xiàn)至今，培養(yǎng)法仍是病原菌藥敏試驗的主流通用標準，但對于臨床常見致病菌，培養(yǎng)法耗時長達24~48小時，難以揭示耐藥機制，且對于難培養(yǎng)或生長緩慢的細菌無能為力。

PCR和基因組測序技術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。

臨床實踐上為了指導“精準用藥”，急需細菌耐藥性及其耐藥機制的直接、快速測量技術。

臨床需求與技術現(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，專門激勵細菌耐藥性快檢技術的研發(fā)。

針對這些瓶頸，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心提出了基于“拉曼組”的耐藥性快檢技術，證明通過高通量單細胞拉曼成像，能夠不經(jīng)培養(yǎng)、快速、定性、定量地表征細菌的藥物應激性并區(qū)分其應激機制。該工作于10月19日在線發(fā)表于《科學報告》（Scientific Reports）。

首先，單細胞中心功能基因組團隊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下，一個細菌細胞群體之單細胞拉曼光譜的集合。每個單細胞拉曼光譜由分別對應于一類化學鍵的上千個拉曼峰組成，反映的是特定細胞內(nèi)化學物質(zhì)的成分及含量的多維信息，而且其測量無需破壞細胞、不需要標記，通常僅需毫秒乃至數(shù)秒鐘。因此，對于任一細菌群體，一個拉曼組相當于單細胞精度、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。而不同的抑菌機制會引起細胞內(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激機制的潛力。 其次，研究人員以大腸桿菌為模式，通過單細胞拉曼光譜的高通量采集，結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藥物在多個劑量、給藥時間、細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、可靠地識別細菌針對這些化學藥品的應激反應，并區(qū)分與揭示細胞的耐藥機制。此外，拉曼組還能準確測量給藥過程中藥敏性在細菌群體中的異質(zhì)性變化，從而為研究細菌耐藥性的起源和進化提供了有力工具。 最后，研究人員還證明拉曼組能夠快速區(qū)分抗性細菌與非抗性細菌，因此它在抑菌藥物篩選或耐藥細菌篩選這兩方面均具備成為一種新式平臺技術的潛力。 拉曼組基于單細胞成像，不依賴于細菌的繁殖，因此通常能夠在一個小時內(nèi)完成細菌耐藥性測量和機制區(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菌耐藥性表型組學技術平臺，以服務耐藥性快檢，支撐臨床精準用藥。 上述工作由單細胞中心徐健實驗室和英國牛津大學黃巍等合作完成，獲得了科技部、基金委等項目的前期支持。 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.