细菌对抗生素耐药?创新方法或能解决这一世界性难题 |《自然》技术特写( 二 )

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伦敦大学学院纳米技术研究员Rachel McKendry和她当时的研究生Isabel Bennett希望将这种方法应用到临床 。 但是 , 在皮氏培养皿中 , 将细菌附着在长度为200微米的悬臂上 , 说起来容易做起来难 。 Bennett说:“悬臂只有一小部分能附着细菌 , 有时候它们要么聚集成块 , 要么附着太少 。 ”
Bennett与Longo的团队合作对这一过程进行微调时 , 发现了反射光的巨大差异 , 表明即使微生物没有被束缚在悬臂上 , 也可以发现类似的细菌运动 。 因此 , 研究团队改变了策略:当细菌漂浮在悬臂表面时 , 他们改变了设置来追踪细菌 。 他们用一种坚硬的反光材料制作了悬臂 , 并开发了软件来分析细菌的运动 , 这样一来读数就与溶液中细菌的数量成正比<4> 。 McKendry说 , 与目前的方法相比 , 这种看似简单的信号实际上是检测抗性的好方法 。
Bennett建议 , 尽管该系统尚未商业化 , 但可以对其进行调整并扩大到临床使用 。 反射表面可以转变成嵌入型 , 便于将其放置在常规使用的微量滴定板中 , 并用DVD播放器的光学阅读器代替原子力显微镜来捕捉信号 。 她说:“这可能是一种非常简单、低成本的设备 。 ”
美国波士顿大学的物理学家Kamil Ekinci正在研究另一种反映细菌抗生素耐药性的替代品:电流 。 他的团队将含有肺炎克雷伯杆菌(引起尿路感染的常见原因)的尿液样本直接放入含有抗生素的微流体装置单个通道中 , 并通过通道跟踪电导率<5> 。 Ekinci说:“如果细菌生长并堵塞了通道 , 它们就会产生更大的电阻 。 我们大体上是将细菌的生长信号转化为了电信号 。 ”
Ekinci补充道 , 这样做的优势是电信号比显微镜图像更容易放大和展示 。 他说:“原理上我们的技术可以检测单个细菌的分裂 。 ”不过他补充说 , 该方法可能不适用于所有细菌 , 特别是一些生长缓慢的病原体 , 如结核分枝杆菌 。
检测分子标记
基于细菌生长的检测方法简单、便宜且无特异性 , 这种单一的检测方法适用于广泛的病原体 。 但是 , 由于检测结果取决于生长条件和使用正确浓度的抗生素 , Susanne H?ussler说它“任何别的方面都是缺点” 。 她在哥本哈根Rigshospitalet医院研究医学微生物学 。
H?ussler等正考虑一种替代方法——基因组学 , 来寻找耐药性的线索 。 哈佛大学流行病学家Sophia Koo说 , 这种“不依赖培养的检测方法”是该领域的下一个重大转变 。
斯坦福大学传染病研究员Gary Schoolnik说 , 检测抗生素耐药性机制有关的基因是实现快速诊断的理想途径 , 因为它不需要长时间的细菌培养 。 但是 , 美国梅奥诊所的临床微生物学家Thomas Grys说 , 关键要知道细菌基因组中的哪些序列是耐药性关键 , “不然你很可能会遗漏一个新的机制 , 或者检测到一个实际上并不会产生抗药性的基因片段 。 ”

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纸片扩散试验是揭露抗生素有效性的常用方法 。 来源:Doncaster and Bassetlaw Hospitals/SPL
Schoolnik也是Visby医学的首席医疗官 , 这家企业在加州创办 , 赢得了由美国国立卫生研究院以及美国卫生与公众服务部下属生物医学高级研究和发展管理局发起的“抗微生物药物耐药性诊断”挑战 , 并于2020年获得了1900万美元奖励 。
该公司的检测是使用简单的手持设备进行一次性的即时检验 , 以检测淋球菌等性传播病原体的耐药性 。 该测试侧重于对环丙沙星(一种治疗淋球菌感染的常用口服抗生素)产生耐药性的基因突变 。 淋球菌菌株对环丙沙星耐药或敏感取决于编码酶gyrase A的基因突变 。

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