幽門螺桿菌單細胞精準診療技術CAST-R-HP?青島能源所供圖

幽門螺桿菌（H. pylori）是人類最常見的慢性感染細菌，它生長緩慢且培養(yǎng)條件苛刻，因此臨床合理用藥和精準溯源均面臨挑戰(zhàn)。中科院青島生物能源與過程研究所與中國疾病預防控制中心傳染病預防控制所（中國疾控中心傳染病所）、青島市立醫(yī)院、青島星賽生物等醫(yī)產(chǎn)學研聯(lián)合團隊，依托原創(chuàng)的臨床單細胞拉曼藥敏快檢系統(tǒng)（CAST-R），建立了單個細菌細胞精度、“鑒定-藥敏-溯源”全流程一體化的H. pylori診療技術CAST-R-HP，具有快速病原鑒定、精確藥敏表型檢測、基于單細胞全基因組支撐耐藥機制研究與精準溯源等優(yōu)勢。該成果近日發(fā)表于《臨床化學》。

據(jù)統(tǒng)計，全球約半數(shù)人口感染幽門螺桿菌， 70%以上的胃癌與幽門螺桿菌感染有關，科學家研究認為，根除幽門螺桿菌可顯著減少胃癌發(fā)生。當前，我國幽門螺桿菌感染呈現(xiàn)高感染率、高疾病負擔、高耐藥率和低根除率的特征，感染率大約50%，而低根除率的主要原因為幽門螺桿菌菌株耐藥嚴重。因此，建立一個高效的藥敏診斷、治療與溯源體系，對于臨床和相關疾病防控至關重要。

目前幽門螺桿菌耐藥菌鑒定的臨床金標準是內(nèi)鏡檢查與細菌培養(yǎng)相結合的藥敏檢驗。由于其生長條件苛刻，分離和培養(yǎng)胃活檢標本中的幽門螺桿菌通常需7~10天，且難以考察臨床樣品中“原位”的病原多樣性。在獲得純培養(yǎng)后開展的表型藥敏實驗，同樣耗時很長，且技術要求高。而基于基因型的藥敏檢測方法僅能預測部分已知耐藥基因的突變，并存在不同程度的假陰性。目前臨床醫(yī)生主要依賴經(jīng)驗用藥而非藥敏結果指導性下的精準治療。但是，隨著幽門螺桿菌耐藥性的不斷增加，經(jīng)驗治療的根除失敗率日益嚴重。

針對這些瓶頸問題，中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心劉敏、朱鵬飛、張磊等研究人員和中國疾控中心傳染病所孫路、青島市立醫(yī)院王莉莉等合作，建立了單個細菌細胞精度、“鑒定-藥敏-溯源”全流程一體化的幽門螺桿菌診療技術CAST-R-HP。

首先，研究團隊構建了15種臨床常見胃部共生菌的單細胞拉曼光譜（SCRS）參考數(shù)據(jù)庫；進而利用端到端的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（DCNN），將拉曼光譜特征提取與分類模型訓練過程相融合，有效提升了基于SCRS的病原鑒定準確率。直接從臨床胃黏膜樣品出發(fā)，對幽門螺桿菌細胞進行識別和鑒定，準確率達98.5 ± 0.27%。

更進一步，研究人員建立了單細胞精度測定代謝抑制程度的H. pylori藥敏表型快檢技術。與臨床標準E-test法相比，17株幽門螺桿菌臨床分離株對左氧氟沙星、克拉霉素的藥敏檢測準確率分別為94%和100%。另外，針對7例患者胃黏膜組織樣本，通過48~72小時的重水飼喂和藥物孵育，無需分離培養(yǎng)，直接測定樣品中幽門螺桿菌細胞對于左氧氟沙星和克拉霉素的藥敏性，準確率均為100%。

最后，針對耐藥機制研究和全基因組溯源，研究人員從臨床樣品中直接識別特定藥敏表型的幽門螺桿菌細胞，進而通過拉曼光鑷液滴單細胞分選（RAGE）芯片，完成高均衡性的目標單細胞分選和核酸擴增。拉曼分選后的單個幽門螺桿菌細胞，全基因組覆蓋度可達99.7%，通過基因型驗證了藥敏表型。

總之，利用CAST-R-HP，從臨床樣品到藥敏結果的完整流程可大幅縮短至3天，而且能在單細胞分辨率、全基因組水平完成耐藥機制研究與精準溯源。

下一步，研究人員將基于“微生物藥敏單細胞技術臨床示范網(wǎng)絡””，進一步開發(fā)CAST-R-HP系統(tǒng)，拓展其應用，從而為建立單細胞精度的幽門螺桿菌診療與疾控體系奠定技術和裝備基礎。

該工作由中國疾控中心傳染病所研究員張建中和中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心研究員徐健共同主持完成，得到了青島市立醫(yī)院消化科主任董全江和單細胞中心研究員馬波等的幫助。并獲得了中科院先導專項、基金委國家重大科學儀器研制項目、國家科技重大專項項目、廣州生物島實驗室等的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/clinchem/hvac082

來源：《臨床化學》