单细胞拉曼光谱助力揭示持留菌的代谢特征

　　近期，中国科学院青岛生物能源与过程研究所与香港大学合作，利用单细胞拉曼光谱技术在单菌体精度揭示了持留菌的代谢特征，为研究微生物持留现象的产生和持留菌复苏的机制提供了进一步的线索，有助于开发针对慢性感染复发的新治疗策略和方法。

　　面对恶劣的生存条件和巨大的生存压力，微生物开发了多种策略，“持留”(persistence)现象就被认为是最重要的机制之一。在抗生素或其他极端环境条件下，一部分细菌会保持休眠状态，降低正常的生理代谢水平，以“保存实力”。在抗菌治疗结束之后，持留菌仍能恢复活力，重新生长繁殖，从而造成微生物感染复发，难以治愈。

　　对于持留菌的研究主要来自对大肠杆菌的各种实验。21世纪以来，持留菌研究越来越多。然而，由于缺乏精确的分离和标记方法等各种技术限制，对大肠杆菌持留状态的识别、生存机制、代谢活动等仍无法进一步深入研究。

　　单细胞拉曼光谱(SCRS)是一种非侵入式技术，通过采用同色激光作为光源来获得细胞拉曼光谱，从而识别单个细胞的生化特性。这些特定的光谱就像单个细胞的分子“指纹”，能够表征细胞的底物代谢、产物合成、药敏性、环境应激反应等关键代谢功能。

　　研究团队利用单细胞拉曼光谱鉴定了大肠杆菌宿主在不同生长阶段的拉曼光谱，并用水拉曼组耐药性快检原理(D2O-Ramanometry)分析了宿主细胞形成和复苏期间的代谢活动。研究发现：

　　首先在药物刺激后和早期复苏过程中，持留大肠杆菌的单细胞拉曼光谱全谱与非持留状态有明显差异，该发现有助于识别持留状态的细菌单细胞。其次，在持留菌细胞内，脂质、多糖和多数与蛋白质相关的拉曼信号(除酰胺外)均有所增强，表明持留菌比同期的非持留状态细胞更快地积累了更多的储能物质。同时持留菌细胞的核酸含量明显降低，进入分裂周期的过程受到显著抑制。最后，持留菌“复苏阶段”的早期，持留菌始终保持恒定的代谢速率，显著低于对照组(继续用药)中的持留菌，且低于同期的非持留状态细胞(未经药物处理)。

　　研究人员表示，这项工作丰富了他们对微生物宿主细胞的特色表型和意外功能的认识，并可能有助于推进微生物学这一关键领域的基础和转化研究。