抗菌素耐药性研究新策略:MALDI-TOF质谱+梯度微流控芯片

2020-01-20 363文献解读

抗菌素耐药性(AMR)是影响公共卫生和安全的最严重问题之一。经抗生素治疗后,细菌通常会发生形态学改变,从而导致AMR的发生。为了对抗AMR,需要从分子水平了解AMR并快速找出生物标志物。

抗生素下细菌发生了什么变化?

当使用抗生素治疗时,细菌的形态通常会发生变化,例如细菌在抗生素作用下的生存方式和预期反应:成丝。在低浓度的抗生素中,细菌丝细胞可以产生耐药性子细胞,其耐药性比亲代更强。

形态学改变对AMR的发生发展具有重要意义,且与蛋白表达和/或蛋白翻译后修饰的变异相关。因此,鉴定不同形态细菌的差异蛋白对于AMR的机理研究至关重要。

形态变化、差异蛋白,如何检测?

抗菌素耐药性研究新策略

微流控技术已应用于抗菌药物敏感试验和耐药菌株的耐药性研究,可以直接观察到细菌细胞的形态变化。飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)已在临床微生物研究中广泛应用,如利用光谱特征,区分标准菌株和耐药菌株。

复旦大学附属口腔医院、复旦大学附属中山医院等单位联合青岛华大基因研究院,在《Analytical Chemistry》发表了其最新研究成果:研究人员开发了一种MALDI-TOF质谱和梯度微流控芯片联用的新策略,研究在抗生素影响下耐药菌形态变化过程中的差异蛋白。

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验证结果

研究人员应用新策略对四种耐药菌进行了验证试验:碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌(CR-KP),产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌(ESBL-EC),耐碳青霉烯类铜绿假单胞菌(CR-PA)和副溶血性弧菌(VP-61)。

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其中,研究人员对CR-KP做了更为具体的研究:在头孢曲松钠刺激下,针对CR-KP的形态变化及质谱图,鉴定出8种蛋白质生物标志物。

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这8种蛋白质生物标志物还通过了LC-MS / MS的进一步确认,其中3种(3型菌毛蛋白、青霉素结合蛋白激活剂LpoB、30S核糖体蛋白S14)在转录组水平得到了验证。

MALDI-TOF质谱和梯度微流控芯片联用对AMR的机理研究有重要意义,具有潜在的临床应用价值。

研究数据

本次研究中测序原始数据已保存在国家基因库生命大数据平台(CNGBdb),项目编号:CNP0000194

参考文献:
Zhang D, Yang Y, Qin Q, et al. MALDI-TOF Characterization of Protein Expression Mutation During Morphological Changes of Bacteria Under the Impact of Antibiotics[J]. Analytical chemistry, 2019, 91(3): 2352-2359.
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