计数微生物的新方法可加速研究减少浪费并可能催生新的抗生素

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员开发了一种新的微生物计数方法，其工作速度比传统方法快 36 倍，将塑料使用量减少 15 倍以上，并大幅降低生物医学研究的成本和碳足迹。

这项技术于 10 月 30 日发表在《自然微生物学》杂志上，它可以彻底改变世界各地微生物学实验的方式，使临床医生能够更快地诊断和治疗感染，并使研究人员能够在很短的时间内测试潜在的新抗生素。

这项发明诞生之际，全球范围内人们对抗生素耐药性的担忧日益加剧，2019 年，耐药细菌导致全球近 500 万人亡。

“我们正处于一场无声的抗菌素耐药性大流行之中，迫切需要加快新抗生素的发现，”博尔德分校化学与生物工程副教授、资深作者阿努什里·查特吉 (Anushree Chatterjee) 说。“我们相信这种新方法可以做到这一点，甚至更多。”

填充管道的新方法

自 1938 年以来，微生物学家一直使用一种简单的方法，即菌落形成单位 (CFU) 测定，来对样品中的细菌细胞进行计数。他们首先将样品稀释成 8 到 10 种不同浓度，将每种样品滴入装有细菌食物的培养皿中，等待数小时或数天以形成单个菌落，并对它们进行计数。如果测试一种新分子来看看它杀细菌的效果如何，他们会添加该分子来看看有多少细菌存活下来。

这个过程是出了名的费力和浪费，通常需要几个小时来评估一个小样本，并产生成堆的废弃塑料。

查特吉说，由于它需要很长时间且成本很高，研究人员必须对他们测试的潜在新药或组合进行选择，因此他们不鼓励冒险。

这种高成本、低利润的方程式导致制药公司放弃开发新的抗生素。

查特吉说：“我们基本上没有抗生素了。”他指出，许多广泛传播的病原体——包括金电影 葡萄球菌(葡萄球菌)和淋病奈瑟菌(淋病)——现在对大多数治疗它们的药物都具有耐药性。

查特吉说：“为了拥有可持续的新选择渠道，我们必须从根本上改变发现的方式。”

数学代替塑料

这种新方法被称为几何活力测定(GVA)，通过简单的几何和数学知识，用一步过程取代了繁琐的手动稀释的多步骤过程。

“我们正在使用相同的数学方法来帮助学生估计罐子里 M&M 巧克力豆的数量，”第一作者、分子、细胞和发育生物学以及化学和生物工程系的博士后研究员克里斯蒂安·迈耶 (Christian Meyer) 说。“聪明的学生可能会数底层，然后乘以高度，而不是单独数所有 M&M 巧克力豆。”

同样，GVA 不是手动将样品分成多个子样品以使菌落计数更容易，而是在单个移液器吸头锥体部分内的一个位置对菌落进行计数，然后使用乘法来计算总浓度。

为此，科学家将样品嵌入锥体内的凝胶中，在凝胶中形成菌落。当需要计数时，他们可以使用各种技术(包括涉及拍照或使用纸尺的技术)来准确测量含有 1 到 10 亿个微生物的样本。

“它不涉及高中微积分学生无法完成的数学，”迈耶说。

但这可能会产生很大的影响。

更快、更便宜、更环保

在测量大肠杆菌 (E. coli) 和肠沙门氏菌等常见细菌的实验室测试中，研究人员发现，用传统方法制备 96 个样本需要 3 个小时，而 GVA 只需要 5 分钟，节省了 36 倍的时间。即使与涉及机器人技术的更现代的方法相比，GVA 的速度仍然快九倍，并且使用的塑料仅为十分之一。

研究发现，利用 GVA，一名研究人员可以在一天内准确测量 1,200 个样本的微生物浓度。

最终，查特吉相信该方法还可以使医生诊断感染并更快地找到针对该感染的正确抗生素。

她说：“我们有一天可能会在一夜之间知道什么是正确的抗生素，而不是让某人在医院里待三天，然后他们才能弄清楚某种特定的细菌对什么敏感。”她指出，还需要更多的研究来推进这一研究。临床阶段。

Meyer 与 BioFrontiers 研究所前助理教授 Joel Kralj 发明了这项技术。两人正在与 Venture Partners 合作，并已申请了临时专利。

研究团队还创建了一个网站，目前正致力于开发科学家和公众可以使用的智能手机版本。

“一位智者曾经说过，科学进步的正确标点符号不是感叹号，而是分号，”迈耶说。“本着这种精神，虽然我们很高兴能够参与重塑微生物学核心技术，但我们对接下来发生的事情感到最兴奋。”

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