近年来，随着对微生物与疾病之间关系的深入认识，对共生微生物的研究成为当前研究热点。考虑到微生物与疾病的密切关系，微生物的检测方法对于理解微生物与疾病之间的相互作用以及进一步疾病检测是必不可少的。目前，基因组测序、蛋白质质谱检测和荧光原位杂交技术是最常用的三种微生物检测技术。基因组测序和蛋白质质谱检测技术虽然具有高通量的优点，但成本高、操作复杂等缺点很大程度上阻碍了其广泛应用。值得注意的是，在病理诊断中得到广泛应用的荧光原位杂交技术虽然具有较高的敏感性和特异性，但由于操作复杂带来的假阴性结果也很大程度上限制了其应用。此外，单探针仅用于一种细菌的局限性也极大限制了其进行多菌分析和微生物群鉴定的能力。鉴于微生物与疾病的相互作用涉及到不同细菌种类的复杂关系，开发既可以识别特定的细菌种类，又可以识别不同微生物群的技术很有必要。

近日，武汉大学张先正教授（点击查看介绍）团队通过对三种不同的细菌代谢物进行荧光修饰，提出了一种用于检测细菌指纹的联合代谢标记策略。众所周知，不同细菌的代谢特征不同，导致不同种类的细菌会吸收不同的代谢物进行生物合成。基于此，他们利用修饰有不同荧光基团的代谢物来联合标记细菌，以区分特定的细菌物种。他们通过对三种代谢物D-氨基酸、N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰半乳糖胺分别进行了蓝色、绿色和红色荧光基团修饰。当细菌与这些荧光代谢衍生物共培养时，不同的细菌会结合不同的修饰代谢物，从而呈现出不同的红绿蓝(RGB)三色荧光，并产生不同的真彩图案，可以方便、有效地识别不同菌种甚至不同的菌群 （下图）。

此外，为了方便直观地观察细菌的荧光指纹，他们还利用3D打印技术制备了便携式光谱仪，通过智能手机上的应用软件可以直接读出RGB荧光值，并将其命名为微色系统。微色系统可以有效的从患有皮肤感染和菌血症等不同疾病的小鼠身上识别特定的菌种和微生物群（下图）。此外，他们通过对临床患者和健康人唾液样本的微生物菌群指纹图谱分析，证明该系统能够准确区分口腔鳞状细胞癌与癌前病变状态。将微色系统与其他临床技术相结合，对研究宿主-微生物相互作用和疾病诊断具有重要意义。

这一成果近期发表在Chemical Science 上，文章的第一作者是武汉大学博士研究生洪胜和郑迪威。

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An RGB-emitting molecular cocktail for the detection of bacterial fingerprints

Sheng Hong, Di-Wei Zheng, Qiu-Ling Zhang, Wei-Wei Deng, Wen-Fang Song, Si-Xue Cheng, Zhi-Jun Sun, Xian-Zheng Zhang

Chem. Sci., 2020, 11, 4403-4409, DOI: 10.1039/D0SC01704C

导师介绍

张先正

https://www.x-mol.com/university/faculty/13628