Digital-GPA：一种单细胞基因型和表型抗生素抗性检测方法

背景：

准确评估细菌的表型和基因型特征可以帮助更好地了解抗生素抵抗。然而，目前的方法主要关注不同菌落中的个体表型或基因型轮廓。因此，需要一种能够准确测量抗生素抵抗表型和基因型的新方法，以便更好地了解抗生素抵抗。

Digital-GPA介绍：

Digital-GPA为数字化微流控技术驱动的单细胞基因型-表型分析，是一种基于数字微流控技术的自动化方法，用于对单个抗生素耐药细菌进行全基因组测序。它可以高效地分离并测序被荧光标记的氨基酸（FDAA）标记的耐药菌，并产生高质量的单细胞扩增基因组（SAGs）。这种方法可以识别出不同耐药机制的小突变，定位具有独特耐药机制的亚种。此外，Digital-GPA可以直接处理临床样本，检测和序列化抗性病原体，提供抗药性遗传谱系，有望加速难以培养或生长缓慢的细菌的分析。

Digital-GPA检测一株耐药菌株表型和基因型的具体过程：

1.药敏诱导：将目标菌株暴露于抗生素环境中，使其发生适应性进化并产生耐药性。

2.标记化：使用荧光标记的D-氨基酸（FDAA）对耐药菌株进行标记化处理，以便在后续的单细胞分离过程中能够快速准确地识别出目标菌株。

3.单细胞分离：使用数字微流控芯片实现单细胞水平的分离和扩增，确保每个菌株都能得到独立的DNA样本。

4.全基因组测序：对分离得到的单个细菌进行全基因组测序，以获取其完整的基因组序列信息。

5.数据分析：通过对测序数据的比对和分析，确定耐药菌株的基因型和表型特征，并进一步揭示其耐药机制和分子基础。

Digital-GPA的主要局限性包括：

1.依赖于荧光标记技术，因此需要预先知道目标菌株的耐药机制以及相应的标记物，否则无法准确地识别耐药菌株。

2.由于该方法只能检测到标记的耐药菌株，因此可能会漏检一些未被标记的敏感菌株。

3.该方法需要使用数字微流控芯片等高成本设备，限制了其在大规模应用中的可行性。

4.该方法只适用于某些特定类型的抗生素耐药性研究，对于其他类型的耐药性研究可能不适。

Digital-GPA的工作流程示意图

参考文献：Guo J, Sun D, Li K, et al. Metabolic Labeling and Digital Microfluidic Single-Cell Sequencing for Single Bacterial Genotypic-Phenotypic Analysis. Small. Published online July 30, 2024. doi:10.1002/smll.202402177