微生物所杜文斌团队建立全自动数字化噬菌体敏感性检测新技术

2026年7月30日，中国科学院微生物研究所杜文斌团队联合东北大学等单位，在Nature Communications上发表题为“Rapid and quantitative measurement of bacteriophage infectivity via fully automated droplet digital PCR”的研究论文。研究团队建立了一种数字化噬菌体敏感性检测技术，可在约3小时内定量评估噬菌体裂解活性，为多重耐药菌感染相关的治疗性噬菌体筛选提供了一种快速、标准化的新工具。

当前，抗菌药物耐药性已成为全球公共卫生领域的重要挑战。噬菌体能够特异性感染并裂解细菌，是应对耐药菌感染的潜在有效手段，但治疗前需要从噬菌体库中快速匹配针对目标病原菌具有高裂解效力的候选噬菌体。传统琼脂覆盖噬菌斑法通常耗时18至48小时，操作流程繁琐且难以自动化，并可能因痕量噬菌体交叉污染导致出现假阳性。因此，快速、高通量、可定量且标准化的敏感性检测方法仍是制约个体化噬菌体治疗的关键技术瓶颈。

针对上述问题，团队基于前期自主研发的OsciDrop无芯片全自动数字PCR系统（Advanced Science, 2024），开发了一种数字定量噬菌体敏感性检测技术（digital phage susceptibility testing, dPhaST）。研究团队将细菌与噬菌体在96孔板中共孵育30至60分钟，离心去除完整细胞后，检测上清液中因裂解释放的宿主基因组DNA。通过针对16S rRNA基因保守区设计简并引物和TaqMan探针，dPhaST把细胞裂解转化为可绝对定量的分子信号，并由OsciDrop完成液体处理、液滴生成、PCR扩增、荧光成像和结果分析，整个流程仅需约3小时。

研究团队在涉及6种细菌、19株宿主菌和33株噬菌体的122组噬菌体—宿主组合中，对dPhaST进行了系统验证。以点滴法为参照，ROC曲线下面积为0.961，dPhaST与点滴法的总体符合率为95.90%。同时，dPhaST能够输出定量定时的裂解效力读数，区分点滴法难以准确排序的强、中、弱裂解以及异质性裂解现象。在模拟交叉污染实验中，点滴法在0.1%污染比例下即可出现可见裂解，而dPhaST仅在污染噬菌体比例升至5%或10%后才出现显著信号，显示出对低水平交叉污染更高的耐受性。

需要指出的是，dPhaST测量的是短时间窗内的早期裂解效力，对于细菌再生长或异质耐受等长期结局，仍需结合其他方法进行评估。除治疗性噬菌体筛选外，dPhaST还可用于定量研究细菌的抗噬菌体防御，dPhaST可揭示传统噬菌斑实验无法区分的感染结局，为研究细菌—噬菌体互作及Sir2-HerA、CRISPR-Cas等防御系统提供了有力工具。

论文第一作者为东北大学和中国科学院微生物研究所联合培养博士生刘彦飞。微生物所杜文斌研究员、李明研究员和赵会伟助理研究员，以及东北大学徐章润教授为文章共同通讯作者。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省重点研发计划等项目资助。本研究所使用的OsciDrop D610数字PCR系统及检测试剂开发得到四川迈克生物的合作支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75746-7

图1 dPhaST工作原理及多重耐药菌治疗性噬菌体筛选流程

图2 dPhaST定量解析Sir2-HerA和CRISPR-Cas介导的抗噬菌体防御