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      研究人員找到了用少量DNA探針鑒定許多病原體的方法
      
			
      
				2019-01-14 09:56:05
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      萊斯大學的科學家發(fā)明了一種技術，可以使用一套隨機DNA探針簡單，快速，低成本地識別數(shù)百種細菌病原體。賴斯的“通用微生物診斷”(UMD)使用隨機組裝的DNA片段和數(shù)學技術，這些技術最初是數(shù)字電話和相機內(nèi)信號處理器的先驅(qū)。
      

      研究人員找到了用少量DNA探針鑒定許多病原體的方法
      

      本周在Science Advances的一篇論文中，賴斯的研究團隊使用實驗室測試來驗證UMD可以使用相同的五個隨機DNA探針識別11種已知的細菌菌株。因為探針不是特定于特定疾病的特異性，所以該技術提供了基于基因組的細菌鑒定系統(tǒng)，其不需要DNA探針與致病物種的一對一比例。
      

      “如果今天的實驗室想要測試200種已知的致病物種，他們需要進行200種不同的測試，每種測試都有自己特定的DNA探針，專門設計用于與特定病原體的DNA結(jié)合，”研究報告的共同作者Richard Baraniuk說。這項新研究的首席科學家。“我們的技術根本不同。通過一小組DNA探針，我們可以測試大量物種。”
      

      這項新研究包括幾項計算機模擬，其中一項研究顯示隨機選擇五種探針如何識別40種不同的細菌菌株，另一項研究表明該系統(tǒng)如何準確區(qū)分24種不同的金黃色葡萄球菌。
      

      Baraniuk說，根據(jù)美國疾病控制和預防中心的數(shù)據(jù)，UMD可以幫助治療和限制抗生素耐藥細菌的傳播，這種細菌在美國每年至少導致200萬例感染和23,000例死亡。
      

      “在許多美國醫(yī)院，確切地確定使某人生病的特定細菌仍需要幾天時間，”賴斯的電氣和計算機工程教授Victor E. Cameron教授Baraniuk說。“缺乏快速的細菌診斷可以促進抗生素耐藥性。擁有一個準確，高效和快速的系統(tǒng)，可以快速，廉價地識別傳染性病原體，這將有所幫助，這樣的系統(tǒng)也將成為公共衛(wèi)生，國防，全球健康和環(huán)境的寶貴工具?？茖W。”
      

      歷史上，科學家通過首先培養(yǎng)樣品來識別細菌 - 這個過程需要幾天時間 - 然后在顯微鏡下檢查生物體。最近使用聚合酶鏈反應或PCR和基因組測序的基因組鑒定方法可以更快，但需要昂貴的設備和培訓以及針對待測試的每種病原體的特定DNA探針。探針是來自已知疾病的互補DNA的片段。如果來自患者樣本的DNA與疾病探針中的互補DNA結(jié)合，那么該疾病的診斷是陽性的。
      

      “探針A僅適用于發(fā)現(xiàn)細菌A，探針B僅適用于發(fā)現(xiàn)細菌B，”該研究的主要作者Amirali Aghazadeh說，他是Baraniuk實驗室電氣和計算機工程的研究生。“制造這種針對新疾病的探針可能需要數(shù)天到數(shù)月，而且還需要昂貴的設施，這些設施僅在發(fā)達國家可用。
      

      “通過通用的微生物診斷，我們不需要新的探頭或改變傳感硬件的任何其他部分，”他說。“對于任何新發(fā)現(xiàn)的細菌菌株，我們可以稍微調(diào)整一下軟件，然后同一平臺可以像其他任何一樣識別新細菌。”
      

      Rice的系統(tǒng)不是根據(jù)與特定探針的100%匹配來鑒定目標菌株，而是測試靶DNA與互補DNA的幾個不同隨機區(qū)段的結(jié)合程度。UMD使用稱為壓縮感知的數(shù)學技術，這是數(shù)字信號處理領域的先驅(qū)。通過壓縮感應，疾病DNA不需要與100%的探針結(jié)合。相反，UMD系統(tǒng)測量疾病DNA與每個隨機探針結(jié)合的程度，并為測試生物創(chuàng)建特異性結(jié)合譜。然后，它使用演繹推理來確定該配置文件是否與任何已知病原體的配置文件匹配。
      

      “我們相信該系統(tǒng)對于快速準確地尋找已知目標非常有用，例如世界衛(wèi)生組織已知病原體清單上的任何生物體，但這種方法的另一個優(yōu)點是我們甚至可以獲得有用信息該研究的共同作者，生物工程和電氣與計算機工程教授Rebekah Drezek說。“我們能夠分辨出一種新疾病與哪種病原體密切相關。”
      
			

			
        
      
			
      
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