“重水”探测牙齿病原体代谢活动，限制病原体再次感染，减少抗菌药使用
2022/3/22 16:45:00 我是科学家iScientist

     “拉曼组”(Ramanome)是指在特定的条件和时间点下，一个细菌细胞群体之单细胞拉曼光谱的集合。基于拉曼测定法，中国的研究小组发明了一种新技术，可以评估即将进行根管治疗的牙齿中仍然存在并且代谢活跃，但不再生长的病原体。

     这项技术可以限制再次感染的发生，同时减少所需抗菌药的剂量，以降低产生副作用的可能性。

     来自青岛市立医院、青岛大学和中国科学院青岛生物能源与过程研究所的科学家们共同研究了这项技术及其在细菌和真菌感染方面的应用，并于1月17日和2月23日在《拉曼光谱学杂志》和《细胞与感染微生物学前沿》上发表了两篇论文。

    

    

     论文截图

     牙齿微生物感染的常见病例主要包括蛀牙或损伤，使牙齿内部的神经组织和血管成为病原微生物生长的家园。基于这一点，病人必须接受根管治疗，包括去除牙髓组织以及用抗生素对牙齿内部进行消毒。

     在牙科感染中，经常出现的是粪肠球菌(E. faecalis)，它对许多抗生素都产生了耐药性。因此，粪肠球菌通常牙齿再次感染是罪魁祸首，90% 的病例都是由它引发。

     与此同时，白色念珠菌(C. ablicans)作为一种真菌，不仅会感染牙齿，还可造成更加广泛的口腔感染。

     在根管治疗中，通常会使用次氯酸钠(NaClO)和葡萄糖酸氯己定(CHX)漱口水进行口腔消毒，并清除掉粪肠球菌和白色念珠菌。

     在抗生素的最小抑菌浓度(MIC)下，微生物会停止繁殖，但这并不意味着它们的代谢停止。换句话说，它们不会繁殖，但仍然存活。

     这种“不繁殖但代谢活跃”的状态对临床是一个巨大的挑战，因其可导致复发性和难治性感染。“要解决这个问题，临床医生不仅需要评估微生物是否仍在繁殖，还需要知道它们是否仍然处在代谢活跃的状态。” 青岛市立医院口腔医学中心副主任、这两篇论文的通讯作者杨芳说道：“因此，我们设计了一种新技术，使这样的评估得以实现。”

     研究人员们基于单细胞拉曼光谱法(SCRS)，并借助临床单细胞拉曼药敏快检仪(CAST-R)来完成了这项任务。这种新型仪器是由中国科学院由青岛生物能源与过程研究所单细胞中心开发的，它使我们能够在单个细胞而不是数十亿细胞的水平(细菌或真菌，或其他任何类型的细胞)来识别新陈代谢活动。

     SCRS 使用激光“镊子”来操纵单个细胞，同时，拉曼光谱学技术可以识别这些分子。在用重水(D₂O)喂养微生物后，SCRS 可以跟踪微生物对 D₂O 的摄取，以利用 D₂O 来评估微生物的代谢活动。

     即使只有极少数的微生物在代谢，这项技术也能够检测出来。

    

     D2O标记的白色念珠菌( C. albicans )的单细胞拉曼显微光谱｜参考资料[1]

     接下来，研究人员使用基于D₂O的SCRS技术来评估和比较三种抗菌药抑制代谢的能力：包括前面提到的 NaClO，CH_X，以及过氧化氢(H₂O₂)。他们发现，通过将抗生素最小抑菌浓度增加一倍，可以实现对微生物代谢活动(MIC-MA)更完全的抑制。

     更令人兴奋的是，他们的研究表明，如果将三种抗菌药中的两种结合使用，而不是只使用一种，低浓度的抗菌药就足以产生同样的抑菌作用，从而减少副作用的发生。

     与最小抑菌浓度一样，MIC- MA的剂量不是抗菌药的固有属性，而是取决于感染者本人。因此，研究人员希望今后继续开发他们的技术，能对不同的病人个性化定制属于他们的抑菌浓度。

     这样的话，就能降低抗菌药物的使用剂量以达到同样的治疗效果，避免抗生素的过度使用。

     参考文献

     [1] Fan Li., Liuhui Ren., Rongze Chen., et al. Assessing Efficacy of Clinical Disinfectants for Pathogenic Fungi by Single-Cell Raman Microspectroscopy. Front. Cell. Infect. Microbiol., 23 February 2022. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.772378

     [2] Yuhan Liu., Yuying Ma., Lijuan Zhang., et al. Single-cell Raman microspectroscopy-based assessment of three intracanal disinfectants' effect on Enterococcus faecalis. Journal of Raman Spectroscopy., 17 January 2022. https://doi.org/10.1002/jrs.6311

     [3] https://www.eurekalert.org/news-releases/945384

     编译：四七

     编辑：酥鱼

     排版：尹宁流

     题图来源：图虫创意

     研究团队

     通讯作者 杨芳，医学博士，主任医师，硕士生导师，现任青岛市市立医院口腔医学中心副主任、儿童口腔科主任。现任AAPD美国儿牙协会会员，中华口腔医学会牙体牙髓病专委会委员多项学术兼职。在Cell Host & Microbe、ISME J、Journal of Dental Research等业内领先期刊发表学术论文30篇，其中SCI收录论文15篇，单篇最高影响因子12.3分， 获得国家专利两项，主持两项国家自然科学基金项目以及国家重点实验室开放课题一项等，2011年获得中华口腔医学会颁发的 “唾液与口腔健康”专项奖，近年来，获多项省市级科技奖及青年科技奖奖项。

     论文信息

     发布杂志 《细胞感染微生物学前沿》 Frontiers in Cellular and Infection Microbiology

     发布时间 2022年2月23日

     论文标题Assessing Efficacy of Clinical Disinfectants for Pathogenic Fungi by Single-Cell Raman Microspectroscopy

     文章领域 口腔医学

    

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