“超級(jí)鼻”嗅出尿液致病菌 | 科技前線(xiàn)

小便又疼又急，患者卻要等一整天才能揪出“幕后黑手”——這是許多尿路感染患者的共同困擾。近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)，提供了一份“6小時(shí)解藥”，且準(zhǔn)確率達(dá)95%，有望解決這一難題。

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“氣味”突圍

治療尿路感染，檢查確定致病細(xì)菌是前提。傳統(tǒng)方法需要將尿樣送入“細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室”培養(yǎng)24小時(shí)后才能拿到“嫌疑名單”。

科研團(tuán)隊(duì)嘗試跳過(guò)長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)，轉(zhuǎn)而捕捉細(xì)菌釋放的獨(dú)特“氣味指紋”——嗅探尿液中細(xì)菌釋放的“揮發(fā)性有機(jī)物”（VOCs）。

理論上，每種細(xì)菌的“氣味指紋”獨(dú)一無(wú)二，但現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)遠(yuǎn)超想象。尿液的代謝物猶如背景噪音，而細(xì)菌信號(hào)極微弱。

因此，放大目標(biāo)、屏蔽干擾，是將VOCs從實(shí)驗(yàn)室推向病房的難題。

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三步破局

團(tuán)隊(duì)體外培養(yǎng)和自主研發(fā)的“超級(jí)鼻”質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀PTR-MS，可捕捉細(xì)菌釋放的極微量“氣味指紋”。

三步即可鎖定大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、糞腸球菌、屎腸球菌五種常見(jiàn)致病菌。

第一步：?jiǎn)拘鸭?xì)菌。尿液本身無(wú)菌，混入的致病菌釋放VOCs濃度較低。團(tuán)隊(duì)將尿樣接種至營(yíng)養(yǎng)液里，在37℃恒溫?fù)u床中培育6小時(shí)。實(shí)驗(yàn)表明，這一策略足以讓細(xì)菌數(shù)量暴增千倍，使VOCs濃度提升百倍，且未破壞其獨(dú)特的“氣味譜”。

第二步：超級(jí)嗅覺(jué)。團(tuán)隊(duì)使用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀充當(dāng)“超級(jí)鼻”，捕捉濃度低至萬(wàn)億分之一的氣味分子，2分鐘內(nèi)完成一次“氣味圖譜”繪制。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)五種尿路感染菌在6小時(shí)后的譜圖差異顯著。這些差異人鼻分不清，“超級(jí)鼻”卻一聞就知道。

第三步：智能識(shí)別。實(shí)驗(yàn)室的判別模型發(fā)現(xiàn)，只需盯住甲硫醚、乙醇、3-甲基-1-丁醇三種標(biāo)志物，便可將五種細(xì)菌區(qū)分得明明白白。為驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性，團(tuán)隊(duì)匿名混入了119份患者尿樣進(jìn)行“盲考”，檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)方法吻合度達(dá)95%。

▲實(shí)驗(yàn)流程及結(jié)果示意圖

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未來(lái)可期

尿路感染傳統(tǒng)細(xì)菌鑒定方法耗時(shí)24小時(shí)。而新技術(shù)6小時(shí)即可完成菌種鑒別，可以更快幫助醫(yī)生及時(shí)制定治療方案，提高治療效果。

目前，這一技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室“畢業(yè)考”階段，真正走進(jìn)醫(yī)院還需多中心大樣本驗(yàn)證。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0026265X25027973

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

責(zé)任編輯：侯茜