微生物组学研究日趋精细化,在“原位”的角度去识别单个细胞精度上“谁”在“干什么”极具挑战,也极具重大意义,无论是在精准医疗,还是更广泛的大健康领域。
日前,中华预防医学会第一届全国生物信息学学术会议在北京成功举办,青岛星赛生物科技有限公司应邀出席,由研发总监朱鹏飞做了题为《单细胞代谢功能识别和分选仪器与应用》的报告,从多个临床药敏快检应用案例出发,分享了星赛生物在药敏表型等微生物组单细胞原位功能探测、解析、分选、测序的策略创新,展示了“拉曼组学”对于医疗研究的重要应用价值。
大健康领域单细胞精度研究正热,功能表型原位解析和挖掘成业界难题
微生物组在自然界和人体健康中扮演着重要的角色,也是服务精准医学、大健康、气候变化等方面的重要资源。目前微生物组研究的思路正从监测菌群“结构”向监测菌群“功能/状态”转变,从“群体”精度向“个体”精度转变。
朱鹏飞在报告中表示,对于微生物组研究来说,在“原位”的角度去识别复杂的微生物组样品里每一个单细胞的功能具有重要意义,比如识别它的种类、在利用什么、在消耗什么等等,而目前,对类似信息的原位功能解析和挖掘在整个业界来说都是一大挑战。
快速、全面、深度分析,单细胞拉曼药敏快检实现临床试验优异结果
以临床常见的幽门螺杆菌(Hp)为例,其国内携带比例在50%-60%以上,且临床合理用药和精准溯源均面临挑战,其中很大的原因是目前临床医生主要依赖经验用药而非药敏结果指导下的精准治疗。因此,建立一个高效的药敏诊断、治疗与溯源体系,对于临床和相关疾病防控至关重要。
对此,星赛生物联合中科院青岛生物能源与过程研究所、中国疾病预防控制中心传染病预防控制所等单位研究人员组成联合团队,依托其原创的临床单细胞拉曼药敏快检系统(CAST-R),能够达成快速病原鉴定、单细胞精度全面解析耐药性,并支持与下游表型、基因型耦合分析,该研究发表在Clinical Chemistry《临床化学》杂志。
研究结果显示,单细胞拉曼药敏快检技术应用在胃粘膜中Hp的鉴定准确率可达98%以上;而基于重水拉曼技术进行药敏快检,能实现Hp对于左氧氟沙星和克拉霉素药敏结果准确性和特异性在95%以上,药敏检测时长也由传统培养法的7-14天缩短至3天。
目前星赛生物的相关仪器和解决方案在其他很多临床场景也开展了切实应用,并得到了良好的应用反馈。在血液感染领域,常见病原体(血液感染阳性培养瓶内)的药物敏感性实验(AST)时长可缩短至3小时,实现10倍加速,该研究发表在mLife《微生物》杂志。在口腔领域,一项发表在Frontiers in Cellular and Infection Microbiology《细胞与感染微生物学前沿》杂志的研究表明,利用单细胞拉曼药敏快检技术,能够快速评价根管冲洗液抑菌与灭菌效能,这也展示了此技术在抑菌药物筛选方面的应用价值。
星赛生物拉曼组技术亦可助力开发持留菌诊断技术
构建细胞“功能身份证”,拉曼组技术助力大健康等多领域研究
朱鹏飞表示,星赛生物依托“拉曼组”技术,针对单细胞代谢功能的非标记式识别与高通量分选等核心瓶颈问题,提供“单细胞拉曼成像-分选-测序/培养”解决方案。除了上述药敏快检技术,公司还有基于光镊的单细胞分选仪以及基于介电的高通量流式拉曼分选仪等一系列产品及配套解决方案,并获得多个行业权威奖项。
“拉曼组”概念由中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心主任徐健研究员等人提出,是一种广谱适用、非侵入性、高时空分辨率的单细胞精度的代谢表型组。
据了解,借助单细胞拉曼光谱免荧光标记非破坏性活体全景式测量,可同时表征多种代谢表型的特色,来测量菌群中单细胞的原位功能、区分物种,并了解内部化合物如何转化,可以测量细胞的环境应激性、药敏性等等,还可测量细胞间的底物互作,代谢互作。通过这样的方法来构建菌群的“功能身份证”,实现在单个细胞精度上回答“谁”在“干什么”,赋能包括环境菌群、工业菌群、酶资源挖掘(突变体库等)等更广泛的研究和行业应用。
拉曼组是单细胞多组学的拓展和延伸
目前,单细胞的探测研究技术主要由发达国家大型跨国公司所掌握,国内基础薄弱、起步较晚,加之缺乏具备国际竞争力的行业龙头企业,未能形成合理聚集的优势产业。徐健在近期学术会议上表示,希望有更多创新企业和机构参与,以不同原理、不同性能和不同特色的体系,一起构建“单细胞多组学”仪器产业生态系统。