PNAS：一种快速、廉价、简单的方法检测抗生素耐药性

欧洲联邦理工学院和布鲁塞尔自由大学的研究人员已经开发出一种新的、高效的方法，用于使用光学显微镜进行快速抗生素敏感性测试。这项技术被称为光学纳米运动检测，速度极快，单细胞敏感，无标签，只需要一个基本的传统光学显微镜，配备一个摄像头或一部手机。

　　

   

   

a .进行基于光学纳米运动检测的抗生素药敏试验的设置:一个低成本的光学显微镜和一部手机就足够了。B.大肠杆菌的光学图像。C.与B相同的视场，用假颜色突出细菌位移，红色表示高振幅运动，蓝色表示无位移。

资料来源:Ines Villalba (EPFL)

EPFL的Sandor Kasas博士说:“我们在实验室开发了一种技术，使我们能够在2-4小时内获得抗生素谱，而不是目前最常见的细菌需要24小时，结核病需要一个月。”“我们的技术不仅更快，而且比现有的所有技术都更简单、更便宜。”

当细菌发展出一种能力来击败设计用来杀死它们的药物时，就会产生抗生素耐药性。它现在已经发展成为一个全球性的公共卫生问题。2019年，全球至少有127万人死亡，其中近500万人死亡。美国每年有近300万例抗微生物药物耐药性感染，治疗六种最常见感染的费用超过46亿美元。欧盟每年有近70万起此类案件，造成约15亿欧元的损失。

抗生素敏感性试验(AST)采用培养方法使细菌接触抗生素，或采用遗传方法确定细菌是否具有赋予耐药性的基因。对于生长缓慢的细菌来说，典型的ast可以持续24小时甚至更长时间——在临床环境中，这个时间范围可能意味着生与死。近年来已经开发了一些更快的ast，但它们往往很复杂，需要精密而昂贵的设备。

现在，由Kasas和Willaert领导的研究人员已经开发出一种快速、廉价、可广泛使用的方法，该方法基于光学显微镜，可以执行单细胞灵敏度的AST，而无需附着或标记细菌。这项技术使用一个基本的、传统的光学显微镜、一台相机或手机，以及专用软件。该联合研究项目发表在《美国科学院院刊》上。

这项新技术被称为光学纳米运动检测(ONMD)，它包括在暴露于抗生素之前和同时监测单个细菌的纳米级振动。通过基本的光学显微镜、摄像机或移动电话进行监测。

ONMD技术监测细菌细胞的微观振荡(纳米运动)，这是生物体的特征，可以被认为是“生命的标志”。事实上，只要生物体活着，纳米运动就会持续下去，但一旦生物体死亡，纳米运动就会立即停止。在ONMD技术中，细菌的纳米运动被记录在电影中，其中所有单个细胞的位移都以亚像素的分辨率进行监测。

研究人员利用ONMD成功地检测了许多细菌对抗生素的敏感性。大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鼠李糖乳杆菌和耻毛分枝杆菌(一种结核病的非致病性细菌模型)对抗生素氨苄西林、链霉素、多西环素和万古霉素的敏感性在不到两小时内被测定。

ONMD不仅监测细菌在接触不同抗生素时的生死转变，而且还强调了由营养物质的可用性引起的细菌代谢的变化。试验表明，ONMD可以通过监测细胞振荡，简单快速地评估细菌细胞对抗生素的敏感性或耐药性。

作者指出:“该方法的简单和高效使其成为AST领域的游戏规则改变者”，因为它可以应用于广泛的细菌，这对临床和研究应用具有重要意义。

文章标题

Simple optical nanomotion method for single-bacterium viability and antibiotic response testing