蛋白-金簇用于鉴定耐药细菌

随着抗生素的广泛、长期使用,出现了对相应抗生素有一定耐受能力的细菌。耐药细菌一旦产生,药物对其治疗作用就会明显下降。目前耐药细菌已成为临床感染较为常见的病原体,耐药细菌的感染使得患者的病死率大幅增加,并消耗更多的医疗保健资源,对全球公共健康具有极大的威胁。病原体,特别是耐药菌株的快速、准确鉴定,能够保证感染患者获得及时和标准治疗的机会。平板培养法和基因相关技术(如聚合酶链反应)是目前鉴定细菌的常规策略。然而,培养方法通常需要耗费数天时间,并且在确定某些种类方面是有限的。基因相关技术需要复杂的仪器,并且常会得到不可避免的假阳性结果。现场即时诊断(Point-of-care)是现代医学中一种很有前途的诊断工具,具有成本效益、便携性、快速性和易用性的特点,适合于在资源有限的环境中进行细菌检测。因此开发用于快速、准确和同时进行细菌鉴定的替代平台具有很重要的意义。近年来,基于阵列的“化学鼻子/舌头”策略被用于疾病诊断领域。不同于基于“锁和钥匙”原理的特异性检测,这种基于阵列的传感方法利用从多个非选择性探针产生的总体信号特征来区分分析物。但已有的方法需要复杂的探针合成过程或样品制备步骤(如细菌蛋白质提取),限制了它们的广泛应用。因此,简化探针合成和细菌鉴定过程的手段对于提高阵列传感器的检测性能至关重要,尤其是适合于细菌感染诊断。

近日,中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚研究团队(http://yjsb.ciac.jl.cn/daoshi_read.php?brow=47)针对以上细菌检测中的存在的问题,设计并制备了四种以蛋白质为模板合成的金纳米簇(蛋白-金簇)作为探针,构建了一种用于简单、快速、准确鉴定细菌,包括耐药细菌的传感器阵列。在该工作中,人血清白蛋白(HSA)、溶菌酶(Lyz)、乳铁蛋白(Lf)和修饰了万古霉素的人血清白蛋白因其分别与细菌表面的肽段、受体、多糖等生物分子具有一定的亲和力而被选为模板,合成稳定、生物相容性好、具有强荧光发射的金纳米簇,作为阵列传感器的探针。在与细菌孵育一定时间后,蛋白-金簇会覆盖在细菌表面,并在低速离心后与细菌一起沉淀,导致上清液中的蛋白-金簇的荧光强度不同程度地降低。这种荧光变化程度不同是由于金簇电荷、疏水性和亲水性等性质不同,从而对不同细菌表面的亲和力有一定差异,吸附在细菌表面的量也就不同。通过测量上清液中金簇荧光的变化量,产生了独特的指纹状图谱,运用线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA),能够对不同种类的细菌进行区分和分类。利用这种传感器阵列,成功地对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等六种细菌进行了鉴别,其中包括两种耐药细菌,达到93.3%的准确度。这种传感器阵列具有易于合成、使用方便、足够高的诊断能力等优点,能够在资源有限的环境中对细菌感染进行简便、快速、准确的诊断,在疾病诊疗、食品安全、环境监测方面具有广泛的应用前景。

相关工作受邀以“Point-of-Care Identification of Bacteria Using Protein-Encapsulated Gold Nanoclusters”发表在Advanced Healthcare Materials(DOI:10.1002/adhm.201701370)上。

Speak Your Mind

*