單細胞拉曼光譜助力揭示持留菌的代謝特征

　　近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所與香港大學合作，利用單細胞拉曼光譜技術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象的產生和持留菌復蘇的機制提供了進一步的線索，有助于開發針對慢性感染復發的新治療策略和方法。

　　面對惡劣的生存條件和巨大的生存壓力，微生物開發了多種策略，“持留”(persistence)現象就被認為是最重要的機制之一。在抗生素或其他極端環境條件下，一部分細菌會保持休眠狀態，降低正常的生理代謝水平，以“保存實力”。在抗菌治療結束之后，持留菌仍能恢復活力，重新生長繁殖，從而造成微生物感染復發，難以治愈。

　　對于持留菌的研究主要來自對大腸桿菌的各種實驗。21世紀以來，持留菌研究越來越多。然而，由于缺乏精確的分離和標記方法等各種技術限制，對大腸桿菌持留狀態的識別、生存機制、代謝活動等仍無法進一步深入研究。

　　單細胞拉曼光譜(SCRS)是一種非侵入式技術，通過采用同色激光作為光源來獲得細胞拉曼光譜，從而識別單個細胞的生化特性。這些特定的光譜就像單個細胞的分子“指紋”，能夠表征細胞的底物代謝、產物合成、藥敏性、環境應激反應等關鍵代謝功能。

　　研究團隊利用單細胞拉曼光譜鑒定了大腸桿菌宿主在不同生長階段的拉曼光譜，并用水拉曼組耐藥性快檢原理(D2O-Ramanometry)分析了宿主細胞形成和復蘇期間的代謝活動。研究發現：

　　首先在藥物刺激后和早期復蘇過程中，持留大腸桿菌的單細胞拉曼光譜全譜與非持留狀態有明顯差異，該發現有助于識別持留狀態的細菌單細胞。其次，在持留菌細胞內，脂質、多糖和多數與蛋白質相關的拉曼信號(除酰胺外)均有所增強，表明持留菌比同期的非持留狀態細胞更快地積累了更多的儲能物質。同時持留菌細胞的核酸含量明顯降低，進入分裂周期的過程受到顯著抑制。最后，持留菌“復蘇階段”的早期，持留菌始終保持恒定的代謝速率，顯著低于對照組(繼續用藥)中的持留菌，且低于同期的非持留狀態細胞(未經藥物處理)。

　　研究人員表示，這項工作豐富了他們對微生物宿主細胞的特色表型和意外功能的認識，并可能有助于推進微生物學這一關鍵領域的基礎和轉化研究。