这个流式方法，可在3.5小时确定抗生素作用方式，加速抗生素开发

niwanmao

抗生素耐药性构成了全球主要的健康威胁，开发新的抗生素是至关重要的。

然而，由于开发新抗生素涉及的高成本和低利润，药企几乎没有动力投资开发新的抗生素。其中最主要费用是确定潜在新抗生素的作用机制，欧洲药品管理局 (EMA) 和美国食品药品监督管理局 (FDA) 均指出，在批准前应尽可能了解新型抗菌剂的MOA。


MOA即“作用机制”。是指药物或抗生素对细菌或其他病原体产生作用的特定生化方式。了解抗生素的具体工作方式以及它靶向的细胞过程或结构为进一步开发和优化提供了有价值的信息。然而，目前“还没有普遍适用的方法”来确定MOA，仍然需要微生物学、遗传学和化学生物学等学科专业知识。

来自根特大学的研究人员开发了一种创新且具有成本效益的流式细胞术方法，可以帮助简化这一过程。研究发表在最近的 Microbiology Spectrum 上，概述了如何利用不同抗生素处理的细菌细胞的表型“指纹”来预测新化合物的MOA。


以下是他们这项突破性研究的6个关键要点：

1、通过流式细胞术表型指纹，区分不同抗生素MOA
研究人员发现，流式细胞术数据可用于为按其 MOA 分组的抗生素处理的细菌培养物生成截然不同的表型指纹。破坏细胞膜或抑制细胞壁合成的抗生素，可在指纹上出现清晰的分群。


2、预测某些种类 MOA 的准确度超过90%
利用机器学习，研究人员在流式细胞仪指纹数据上训练了随机森林模型。他们的最佳模型实现了0.92的 Matthews 相关系数，表明了极好的预测性能。膜破坏剂、细胞壁合成抑制剂和 DNA 复制抑制剂均可以预测，准确率超过87.5%。

3、处理时间3.5小时，可达到最佳 MOA 预测效果
令人惊讶的是，与24小时相比，该模型在预测抗生素处理细胞仅3.5小时的 MOA 方面表现更好。作者推测，随着治疗时间的延长，细胞死亡途径开始重叠，使得 MOA 类别之间的表型更相似。

4、适用于复杂的样本，如唾液
为了在更复杂的细菌群落上测试他们的方法，研究人员用抗生素处理了人类唾液样本，并生成了流式细胞仪指纹。仍然观察到不同的分组，这表明该方法可以帮助选择患者特异性微生物组的最佳抗生素。

5、快速抗菌药物敏感性试验的潜力
一个有趣的发现是，一些抗生素没有与特定细菌物种的预期 MOA 基团结合，可能表明缺乏活性。这表明该方法可适用于快速抗菌药物敏感性试验。

6、每个样本的成本低于1欧元
与通常用于测定抗生素 MOA 的基因组学和专门蛋白质组学等技术相比，流式细胞术具有极高的成本效益。作者估计每个样本的材料成本低于€1。

研究人员引用2022年《柳叶刀》(Lancet) 的一项研究，估计2019年有495万人死亡与细菌抗生素耐药性有关，强调了对新抗生素的迫切需求。如果不加以控制，到2050年，这一数字可能会上升到每年1000万。尽管存在研发经费的压力，但目前仍有115种新的抗生素处于临床开发阶段。确定其 MOA 的快速、廉价方法有助于加速产品线并对抗不断上升的抗生素耐药性危机。


参考文献：Mermans, F., De Baets, H., García-Timermans, C., Teughels, W., & Boon, N. (2024). Unlocking the mechanism of action: a cost-effective flow cytometry approach for accelerating antimicrobial drug development. Microbiology spectrum, e0393123. Advance online publication. https://doi.org/10.1128/spectrum.03931-23