作者:张双虎 李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2023/5/11 20:47:05
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科学家设计出超级细菌精准分型探测工具

 

近日,华东理工大学化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心教授贺晓鹏团队发展了基于“振动诱导发光”(VIE)机制的超级细菌精准分型探测工具,相关工作发表于《美国化学会杂志》。

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荧光探针阵列实现超级细菌精准分型。受访者供图

随着抗生素的滥用,临床超级细菌对人们生命健康的危害愈发突出。而对超级细菌的精准探测与分型有助于感染的早期诊治。但传统微生物检测技术包括脉冲场凝胶电泳、多位点序列分型和SCCmec分型等操作繁复、耗时长、对仪器设备要求较高,这些问题制约了它们在诊断治疗中的应用。

前期工作中,贺晓鹏团队与美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler教授团队合作,构建了基于铁螯合剂药物Deferasirox的多色荧光传感阵列,利用不同细菌物种对该系列衍生物弱差异化的相互作用结合主成分分析技术,实现了不同细菌的有效区分。

在此基础上,团队针对不同基因型超级细菌细胞壁结构的细微差异,构建了基于VIE机制的细菌荧光传感阵列。细菌的细胞壁肽聚糖拓扑结构受内源性青霉素合成蛋白(PBP)的精细调控,细菌耐药可导致PBP突变,从而影响肽聚糖及其内含磷壁酸的微观结构。针对这一动态改变的细胞壁结构特征,研究团队设计构建了系列取代位点及连接桥长度不同的双季铵盐修饰VIE传感阵列,通过探针季铵盐官能团的差异化空间分布,结合主成分降维分析VIE探针库的双重荧光发射强度比例变化,在不破坏细胞壁完整结构的条件下,实现了不同基因型耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)磷壁酸微观结构差异的特征识别。

根据待测客体菌株的不同生物学特征,研究人员通过载荷图分析优化了探针阵列的主体个数,最终确定了不同待测样本的最佳VIE传感阵列组成,实现了革兰氏阳性菌株与阴性菌株、药物敏感MRSA与耐药MRSA菌株,尤其是临床分离不同基因型MRSA菌株的高通量、精确区分。

“该技术有望为高致病病原微生物的灵敏、即时诊断及临床用药辅助判断提供全新化学工具。”贺晓鹏说,“同时,在团队前期成功构建流感病毒物种VIE传感阵列的基础上,进一步验证了VIE这一动态荧光机制适用于结构尺度更大细菌物种的精准传感。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/jacs.2c12798


 
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