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城市環(huán)境所在單細(xì)胞拉曼追蹤細(xì)菌抗性進(jìn)化軌跡研究中取得進(jìn)展
2023年02月13日 16:09:06 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：4494

中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所朱永官院士團(tuán)隊(duì)與崔麗研究組通過發(fā)展單細(xì)胞拉曼-氘標(biāo)同位素-多元統(tǒng)計(jì)分析等多種技術(shù)聯(lián)用的方法，在單細(xì)胞的高精度水平原位解析了細(xì)菌響應(yīng)的異質(zhì)性，并從大量細(xì)菌群體中靈敏識(shí)別出表型亞群的分化及動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)了抗性突變前細(xì)菌表型生理軌跡的快速原位追蹤，為遏制抗性進(jìn)化提供重要指導(dǎo)。

　　【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】抗生素抗性是指細(xì)菌對(duì)某種抗生素如氨芐青霉素，四環(huán)素等的抵抗作用。某些質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子可攜帶特定的抗性基因，敏感菌獲得這些質(zhì)粒即轉(zhuǎn)化為抗性菌。大量研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞便中含有高度富集的抗生素抗性基因，這些糞便會(huì)對(duì)養(yǎng)殖區(qū)域及周圍環(huán)境造成潛在的抗性基因污染。抗性基因還會(huì)通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合的途徑進(jìn)入其他環(huán)境細(xì)菌和致病菌中，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成潛在的威脅。
 
　　探討抗性的進(jìn)化過程對(duì)遏制其全球傳播至關(guān)重要?？剐赃M(jìn)化過程涉及高度復(fù)雜的表型異質(zhì)性響應(yīng)。在抗生素處理下，基因完全相同的微生物菌群中會(huì)出現(xiàn)小部分可耐受抗生素的細(xì)胞亞群。該存活的亞群在抗生素存在時(shí)不能生長(zhǎng)，但在去除抗生素后可恢復(fù)生長(zhǎng)，造成長(zhǎng)期復(fù)發(fā)性感染，也是后續(xù)發(fā)生抗性基因突變的關(guān)鍵儲(chǔ)庫(kù)。然而，由于耐受亞群的復(fù)雜異質(zhì)性響應(yīng)且生長(zhǎng)停滯，從大量細(xì)菌群體中識(shí)別耐受亞群并追蹤其生理進(jìn)化軌跡仍是挑戰(zhàn)。
 
　　近日，中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所朱永官院士團(tuán)隊(duì)與崔麗研究組通過發(fā)展單細(xì)胞拉曼-氘標(biāo)同位素-多元統(tǒng)計(jì)分析等多種技術(shù)聯(lián)用的方法，在單細(xì)胞的高精度水平原位解析了細(xì)菌響應(yīng)的異質(zhì)性，并從大量細(xì)菌群體中靈敏識(shí)別出表型亞群的分化及動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)了抗性突變前細(xì)菌表型生理軌跡的快速原位追蹤，為遏制抗性進(jìn)化提供重要指導(dǎo)。
 
　　研究利用重水標(biāo)記的單細(xì)胞拉曼光譜以不依賴培養(yǎng)的方式，檢測(cè)進(jìn)化過程中細(xì)菌的原位活性。基于單細(xì)胞拉曼所揭示的細(xì)菌原位表型異質(zhì)性響應(yīng)，科研人員繪制出抗性進(jìn)化的生理軌跡圖。細(xì)菌全基因組測(cè)序?qū)λ沂镜谋硇瓦M(jìn)行交互驗(yàn)證，并解析了表型產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)。表型分化對(duì)維持整個(gè)菌群的生存和進(jìn)化至關(guān)重要。由于表型分化遠(yuǎn)早于抗性突變，識(shí)別表型分化對(duì)指導(dǎo)臨床用藥以及減少抗生素耐受性和抗性突變的發(fā)生具有重要意義。研究利用明顯區(qū)分的四個(gè)亞群的拉曼圖譜，挖掘出耐受性和抗性突變的拉曼標(biāo)記峰，促進(jìn)了抗性進(jìn)化不同階段尤其是表型耐受性的快速精準(zhǔn)識(shí)別。
 
　　該單細(xì)胞分析平臺(tái)可以拓展到更廣泛的抗生素或非抗生素化學(xué)品誘導(dǎo)的抗性進(jìn)化研究。未來可以將該單細(xì)胞拉曼與靶向單細(xì)胞分選和多組學(xué)技術(shù)聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)耐受性和抗性表型與基因型的精確關(guān)聯(lián)，促進(jìn)進(jìn)一步闡釋進(jìn)化機(jī)制。
 
　　相關(guān)論文An Isotope-Labeled Single-Cell Raman Spectroscopy Approach for Tracking the Physiological Evolution Trajectory of Bacteria toward Antibiotic Resistance于近日發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》
 
　　資料來源： 城市環(huán)境研究所

 

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