Китайские учёные создали прибор для быстрого определения устойчивости к антибиотикам

Распространение антимикробной резистентности (AMR) и появление «супербактерий» — серьёзная угроза общественному здоровью. Одна из ключевых причин — неправильное или избыточное назначение антибиотиков из-за отсутствия быстрых клинических тестов на AMR.

Учёные из Института биоэнергетики и биопроцессных технологий Циндао (QIBEBT) Китайской академии наук представили прототип прибора. Он может напрямую измерять фенотипы антимикробной резистентности с разрешением на уровне одной клетки из клинических образцов в течение трёх часов, без необходимости культивирования клеток.

Система Clinical Antimicrobial Resistance Ramanometry (CAMR-R) основана на новом методе, разработанном командой. Он показал, что AMR можно измерить с помощью D₂O-feeding Raman Microspectroscopy. Когда клетка потребляет воду (в данном случае тяжёлую воду D₂O), скорость потребления можно измерить с помощью спектров комбинационного рассеяния (Рамана) одиночных клеток. Таким образом, уровень AMR можно количественно определить с разрешением на уровне одной клетки, без культивирования.

«Все живые микробные клетки потребляют воду для поддержания метаболической активности. Следовательно, CAMR-R широко применим к различным клиническим патогенам», — заявил Сюй Цзянь, руководитель Центра одиночных клеток QIBEBT. — «CAMR-R предлагает решение для ответственного и точного назначения антибиотиков».

По словам Сюй Цзяня, CAMR-R включает интеллектуальную информационную систему из трёх программных модулей:

• CAMR-RamLIS — управляет быстрым, точным и интеллектуальным получением Раман-спектров одиночных клеток.
• CAMR-RamEX — выполняет автоматический анализ спектров и вычисляет распределение AMR на уровне одной клетки, а также средний показатель AMR для клинического образца.
• CAMR-RamDB — поддерживает высокопроизводительную интеллектуальную идентификацию патогенов на основе обширной Clinical Pathogen Reference Ramanome Database.

Традиционные тесты на AMR основаны на культивировании клеток и измеряют степень подавления микробов антибиотиками. Этот процесс обычно занимает от 24 до 48 часов и не может работать с некультивируемыми или медленно растущими патогенами.

«Молекулярные методы диагностики, такие как обнаружение нуклеиновых кислот или секвенирование генома, могут быть быстрее, но они применимы только к известным генным мутациям — а не к AMR, вызванной неизвестными мутациями или новыми механизмами. Кроме того, они обычно не могут количественно определить уровень AMR», — пояснил Ма Бо, также из Центра одиночных клеток QIBEBT.

Учёные по всему миру работают над созданием быстрых клинически применимых методов тестирования AMR. Национальные институты здоровья США (NIH) выделили 20 миллионов долларов на исследования, специально поощряя инновации в этой области.

«Используя новые технологии Раман-активированной сортировки клеток, созданные здесь, система CAMR-R также способна сортировать отдельные микробные клетки в образце, устойчивые к антибиотикам, чтобы их механизм резистентности можно было раскрыть с помощью секвенирования одиночных клеток. Следующее поколение CAMR-R будет включать ключевые клинически удобные функции, такие как полная автоматизация и высокопроизводительный анализ», — сказал Сюй Цзянь.

Команда КАН сотрудничает с ведущими больницами и промышленными партнёрами для разработки полного клинического диагностического процесса и оборудования для борьбы с наиболее серьёзными угрозами AMR, такими как туберкулёз.

«Вместе мы закладываем основу для сети мониторинга и контроля клинической AMR на уровне одиночных клеток», — заключил Сюй Цзянь.