聯合代謝物標記策略用於檢測細菌指紋

近年來，隨著對微生物與疾病之間關係的深入認識，對共生微生物的研究成為當前研究熱點。考慮到微生物與疾病的密切關係，微生物的檢測方法對於理解微生物與疾病之間的相互作用以及進一步疾病檢測是必不可少的。目前，基因組測序、蛋白質質譜檢測和螢光原位雜交技術是最常用的三種微生物檢測技術。基因組測序和蛋白質質譜檢測技術雖然具有高通量的優點，但成本高、操作複雜等缺點很大程度上阻礙了其廣泛應用。值得注意的是，在病理診斷中得到廣泛應用的螢光原位雜交技術雖然具有較高的敏感性和特異性，但由於操作複雜帶來的假陰性結果也很大程度上限制了其應用。此外，單探針僅用於一種細菌的局限性也極大限制了其進行多菌分析和微生物群鑑定的能力。鑑於微生物與疾病的相互作用涉及到不同細菌種類的複雜關係，開發既可以識別特定的細菌種類，又可以識別不同微生物群的技術很有必要。

近日，武漢大學張先正教授（點擊查看介紹）團隊通過對三種不同的細菌代謝物進行螢光修飾，提出了一種用於檢測細菌指紋的聯合代謝標記策略。眾所周知，不同細菌的代謝特徵不同，導致不同種類的細菌會吸收不同的代謝物進行生物合成。基於此，他們利用修飾有不同螢光基團的代謝物來聯合標記細菌，以區分特定的細菌物種。他們通過對三種代謝物D-胺基酸、N-乙醯葡萄糖胺和N-乙醯半乳糖胺分別進行了藍色、綠色和紅色螢光基團修飾。當細菌與這些螢光代謝衍生物共培養時，不同的細菌會結合不同的修飾代謝物，從而呈現出不同的紅綠藍(RGB)三色螢光，並產生不同的真彩圖案，可以方便、有效地識別不同菌種甚至不同的菌群 （下圖）。

此外，為了方便直觀地觀察細菌的螢光指紋，他們還利用3D列印技術製備了可攜式光譜儀，通過智慧型手機上的應用軟體可以直接讀出RGB螢光值，並將其命名為微色系統。微色系統可以有效的從患有皮膚感染和菌血症等不同疾病的小鼠身上識別特定的菌種和微生物群（下圖）。此外，他們通過對臨床患者和健康人唾液樣本的微生物菌群指紋圖譜分析，證明該系統能夠準確區分口腔鱗狀細胞癌與癌前病變狀態。將微色系統與其他臨床技術相結合，對研究宿主-微生物相互作用和疾病診斷具有重要意義。

這一成果近期發表在Chemical Science 上，文章的第一作者是武漢大學博士研究生洪勝和鄭迪威。