WHO发动“耐药菌战役” 史上最快检验设备可助阵

如今细菌对抗生素或其他抗菌剂的耐药性不断升温，我们正生活在耐药菌/超级耐药菌的威胁之下。最严重的状况是，当现有抗生素都无效的时候常规的住院将是一场噩梦。

关于耐药菌的报道屡见不鲜，但十分令人胆寒。最新研究揭示非洲盛行的一株伤寒杆菌H58耐药菌，虽然预计30年后会传到亚洲，但在非洲传播之快超出了预期。耐药菌不仅威胁健康，还带来巨大经济损失。仅在美国每年有2百万人口感染耐药菌，直接导致23,000人死亡。加拿大的一项最新统计显示其在对抗超级耐药菌方面已经花费了10亿美元。现有抗生素由于泛滥使用，抗菌效力不断被削弱，加上新抗菌药研发速度有限，对抗耐药菌的显得十分紧急。近日，WHO不得不组织国际力量，动员对抗耐药菌的全球行动。

在各方资源有限的情况下，快速的耐药菌检测成为感染病预防、治疗和管控的重要能力体现。特别是超级耐药菌紧急爆发的情况下，应急检测是必不可少的。然而，当前抗生素敏感性试验的主要局限性在于现有设备需要将细菌欲培养2-3天达到可检测水平后才能进行分析，严重限制试验速度，对应急检测是极其不利的。由于检测时间长，某些应急情况下开广谱抗生素处方会无意造成滥用抗生素和加剧细菌耐药性；如果菌株变异快，长达几天的检测往往会造成错误的诊断，耽误治疗。这种猜谜一般的临床实践，显然与国际呼声背道而驰。

最近科学家发明了一款创新的基于电化学检测的设备，能利用检测一种氧化还原活性分子的电化学还原反应,便捷快速地检测代谢活跃的耐药菌。该设备是芯片实验室的一大杰作，可以将细菌捕获到纳米小孔内进行抗生素孵育培养，1小时后精准快速读取感染细菌的抗生素敏感性。这种电化学方法可作为临床级别的耐药菌检测。

该芯片以不足2纳米大小的微流控小孔通过“流动”的方式来浓缩待测的细菌样本。在每个微孔底部布满可以捕捉流体中细菌的微珠滤格，使细菌在纳米小孔内并与抗生素和刃天青信号分子（resazurin）相互接触。活菌在代谢过程中可以将刃天青分子转化为唑酮分子（resorufin），引起电化学信号改变。如果抗生素能有效杀菌，就能阻止这一代谢过程，阻断电化学信号传递。显然，耐药菌可以继续刃天青分子的代谢，从而改变电化学信号。固定在芯片上的微小电极通过检测刃天青分子代谢过程中的微小电流变化来判断细菌是否存活/是否对抗生素具有耐药性。

该电化学信号读取元件在检测耐药菌方面具有三大优势。其一，微小空间可以浓缩大量细菌，非常高的起始浓度有利于进行有效的检测。其二，细菌繁殖或刃天青分子代谢过程都受限于纳米空间内，而不会扩散到溶液中，细菌可以更快速累积到可检测浓度，更强的电化学信号有利于提高检测灵敏度。其三，作为便携式电子器件极易适用于微型台式设备，将来甚至可能会出现在普通的医生诊所内。现存抗生素抗性试验的快速检测替代设备依赖于荧光检测，且需要用昂贵笨重的荧光显微镜来观察结果，而上述这款具有明显的竞争优势。

该设备是首款集细菌样本“扩增”和直接电化学信号读取于一身的微流控检测设备，是快速检测和治疗常见细菌感染及对耐药菌的必备神器。研究人员正在计划开发能以不同浓度检测多种抗生素的耐药菌。

参考阅读
1.http://healthycanadians.gc.ca/publications/drugs-products-medicaments-produits/antibiotic-resistance-antibiotique/antimicrobial-surveillance-antimicrobioresistance-eng.php
2.http://www.dddmag.com/news/2015/05/who-fight-resistance-antibiotic-resistance
3.http://www.dddmag.com/news/2015/05/genomic-data-reveals-emergence-drug-resistant-typhoid-strain-africa
4.Shana O Kelley, Justin Besant, Edward H Sargent. Rapid electrochemical phenotypic profiling of antibiotic-resistant bacteria. Lab Chip, 2015;DOI: 10.1039/C5LC00375J
Abstract
Rapid phenotyping of bacteria to identify drug-resistant strains is an important capability for the treatment and management of infectious disease. At present, the rapid determination of antibiotic susceptibility is hindered by the requirement that, in existing devices, bacteria must be pre-cultured for 2–3 days to reach detectable levels. Here we report a novel electrochemical approach that achieves rapid readout of the antibiotic susceptibility profile of a bacterial infection within one hour. The electrochemical reduction of a redox-active molecule is monitored that reports on levels of metabolically-active bacteria. Bacteria are captured in miniaturized wells, incubated with antimicrobials and monitored for resistance. This electrochemical phenotyping approach is effective with clinically-relevant levels of bacteria, and provides results comparable to culture-based analysis. Results, however, are delivered on a much faster timescale, with resistance profiles available after a one hour incubation period.

来源：医谷    作者：生物制药研发员 黄德平