微生物耐药是全球公共健康领域面临的重大挑战，也是各国政府和社会广泛关注的世界性问题。为提高全球对抗微生物药物耐药问题的认识，树立抗微生物药物合理使用观念。2015年世界卫生组织（WHO）提出，每年11月的第三周定为“世界提高抗微生物药物认识周”，2022年的主题是“齐心协力，预防抗微生物药物耐药性”。

微生物耐药性问题日益严峻

当前，微生物耐药性问题日益严峻，新的耐药机制的耐药病原体的出现和传播，持续削弱我们治疗常见感染的能力。尤其令人担忧的是，多重耐药菌和泛耐药菌（也称为“超级细菌”）在全球快速传播，可能导致一些感染无法用抗生素等现有抗微生物药物治疗。失去抗微生物药物的保护，人类、动物、植物的健康，社会经济的发展都会受到严重影响，微生物耐药已经成为全球公共卫生危机！

当前，基于培养原理的病原鉴定和药敏检测一般需要花费2~3天，能否快速、精准地明确病原学诊断并指导临床有效治疗，对避免抗生素滥用、减少细菌耐药性以及降低感染性疾病病死率具有重要意义。

单细胞中心在行动

针对这一临床紧迫需求，单细胞中心发明了重水标记单细胞拉曼药敏快检技术（D₂O-Ramanometry）（点击查看）。这是一种临床药敏检测的崭新原理：当代谢活跃的细胞利用氘标记的水（重水）时，氘原子会参与细胞脂质合成过程形成C-D键并替换原有的C-H键，这一变化可通过拉曼定量检测出来，且氘峰替换率（C-D Ratio）与细胞代谢活性线性相关。因此，通过比较抗生素处理下的细菌C-D Ratio变化，检测细胞的代谢活性强弱，可以实现细菌药敏性的快速定量。

D₂O-Ramanometry技术在单个细菌细胞精度、直接检测药物作用下的“代谢活性”，让处于“NGMA（Non-Growing but Metabolically Active）”状态的细胞无所遁形。单细胞中心基于此提出了全新的药敏性检测指标——基于代谢活性的最低抑菌浓度（MIC-MA指数）。MIC-MA即药物作用一定时间后，基于C-D峰检测的“全部”细胞（一定拉曼组取样深度下检测的每一个细胞）的代谢活性“彻底”被抑制的最低药物剂量。MIC-MA在评价抗菌药效是否“够快、够准、够狠”等方面，与目前临床上普遍参照的MIC相比，具有鲜明的特色与显著的优势。在以替加环素治疗败血症为模型，研究血流感染中常见病原体药敏性检测的研究中，单细胞中心提出了“eMIC-MA”概念，以有效排除菌株起始状态和仪器改变对检测结果的影响。

基于上述基础研究，单细胞中心研制出首台临床单细胞拉曼药敏快检仪（CAST-R）。CAST-R的单细胞拉曼光谱模块，通过检测反映细胞重水利用速率（即代谢活性）的氘峰，三小时之内可定量常见病原体的药敏/耐药性；同时，基于细胞拉曼全谱的动态变化以及病菌拉曼组参照数据库，能够初步鉴定微生物种类并区分药物应激机制。此外，CAST-R整合了拉曼激活单细胞分选与单细胞核酸提取扩增等环节，可以高通量快速测定与上述特定耐药表型相对应的单细胞基因型（16SrDNA基因和全基因组）。CAST-R将直接支撑主要威胁病原的临床耐药性快检，同时也为菌群原位耐药性微进化机制研究提供崭新工具。

近期论文集锦

通过与北京协和医院、青岛市立医院、青岛大学附属医院、浙江大学医学院附属邵逸夫医院等临床团队以及中国疾病预防控制中心传染病预防控制所、香港大学等团队的密切合作，单细胞中心利用CAST-R开发和示范了针对血液、口腔护理等样品类型或场景的临床药敏快检流程，并在专业学术期刊上发表系列论文。

• 2022年8月，Frontiers in Microbiology《微生物学前沿》发表文章“Single-cell Raman spectroscopy identifiesEscherichia colipersisters and reveals their enhanced metabolic activities”（点击查看）。依托CAST-R开发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。

• 2022年6月，Clinical Chemistry《临床化学》发表文章“Single-cell identification, drug susceptibility test and whole-genome sequencing ofHelicobacter pyloridirectly from gastric biopsy by Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometry”（点击查看）。依托CAST-R建立了单个细菌细胞精度、“鉴定-药敏-溯源”全流程一体化的H. pylori诊疗技术CAST-R-HP，具有快速病原鉴定、精确药敏表型检测、基于单细胞全基因组支撑耐药机制研究与精准溯源等优势。

• 2022年4月，mLife《微生物》发表文章“Rapid, automated, and reliable antimicrobial susceptibility test directly from positive blood culture by CAST-R”（点击查看）。以替加环素治疗败血症为模型，利用重水标记单细胞拉曼光谱技术（D₂O-SCRS），建立了自动化版本的CAST-R，将常见病原体（血液感染阳性培养瓶内）的药物敏感性实验（AST）的时长缩短至3小时，实现了十倍加速，可在培养瓶报阳当天得出药敏结果。

• 2022年2月，Frontiers in Cellular and Infection Microbiology《细胞与感染微生物学前沿》发表文章“Assessing Efficacy of Clinical Disinfectants for Pathogenic Fungi by Single-Cell Raman Microspectroscopy”（点击查看）。利用CAST-R和重水标记单细胞拉曼技术，研究者在口腔根管冲洗液抑菌（真菌）效能的评价中，捕捉到了病原体已经停止生长但仍旧代谢活跃的状态，有望使消毒抑菌产品的使用进入“个性化精准”时代。

• 2022年1月，Journal of Raman Spectroscopy《拉曼光谱学》发表文章“Single-cell Raman microspectroscopy-based assessment of three intracanal disinfectants' effect onEnterococcus faecalis”（点击查看）。利用CAST-R和重水标记单细胞拉曼技术，研究者在口腔根管冲洗液抑菌（细菌）效能的评价中，捕捉到了病原体已经停止生长但仍旧代谢活跃的状态，有望使消毒抑菌产品的使用进入“个性化精准”时代。

• 2021年8月，Emerging Microbes & Infections《新发病原体及感染》发表文章“Novel tigecycline resistance mechanisms inAcinetobacter baumanniimediated by mutations inadeS,rpoBandrrf”（点击查看）。MDR-AB（多重耐药鲍曼不动杆菌）的rrf和rpoB突变体中MIC值的增加相当小，常规方法难以量化如此细微的差别；但是利用CAST-R，却可以揭示其耐药性显著高于野生型，从而证明在抑制浓度的替加环素时，抗性表型与存活率直接相关。

为积极应对微生物耐药带来的挑战，贯彻落实《中华人民共和国生物安全法》，更好地保护人民健康，国家卫生健康委等13部门联合制定了《遏制微生物耐药国家行动计划（2022-2025年）》。单细胞中心将继续保持医产学研的紧密合作，为遏制微生物耐药国家行动计划的切实践行贡献自己的力量。