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近期，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所與香港大學(xué)合作，利用單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)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(xiàn)象的產(chǎn)生和持留菌復(fù)蘇的機(jī)制提供了進(jìn)一步的線索，有助于開發(fā)針對慢性感染復(fù)發(fā)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(fā)了多種策略，“持留”(persistence)現(xiàn)象就被認(rèn)為是最重要的機(jī)制之一。在抗生素或其他極端環(huán)境條件下，一部分細(xì)菌會保持休眠狀態(tài)，降低正常的生理代謝水平，以“保存實力”。在抗菌治療結(jié)束之后，持留菌仍能恢復(fù)活力，重新生長繁殖，從而造成微生物感染復(fù)發(fā)，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(jì)以來，持留菌研究越來越多。然而，由于缺乏精確的分離和標(biāo)記方法等各種技術(shù)限制，對大腸桿菌持留狀態(tài)的識別、生存機(jī)制、代謝活動等仍無法進(jìn)一步深入研究。

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

研究團(tuán)隊利用單細(xì)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(xì)胞形成和復(fù)蘇期間的代謝活動。研究發(fā)現(xiàn)：

首先在藥物刺激后和早期復(fù)蘇過程中，持留大腸桿菌的單細(xì)胞拉曼光譜全譜與非持留狀態(tài)有明顯差異，該發(fā)現(xiàn)有助于識別持留狀態(tài)的細(xì)菌單細(xì)胞。其次，在持留菌細(xì)胞內(nèi)，脂質(zhì)、多糖和多數(shù)與蛋白質(zhì)相關(guān)的拉曼信號(除酰胺外)均有所增強(qiáng)，表明持留菌比同期的非持留狀態(tài)細(xì)胞更快地積累了更多的儲能物質(zhì)。同時持留菌細(xì)胞的核酸含量明顯降低，進(jìn)入分裂周期的過程受到顯著抑制。最后，持留菌“復(fù)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(xù)用藥)中的持留菌，且低于同期的非持留狀態(tài)細(xì)胞(未經(jīng)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(xì)胞的特色表型和意外功能的認(rèn)識，并可能有助于推進(jìn)微生物學(xué)這一關(guān)鍵領(lǐng)域的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究。

(資料來源：青島生物能源與過程研究所)

關(guān)鍵詞： 拉曼光譜 大腸桿菌 生物能源