基于ATR-FTIR光谱多分子特征同步诊断与生理剖析呼吸道病原体感染的研究

为解决急性呼吸道感染（ARIs）病原体快速鉴别诊断难题，研究人员开发了便携式衰减全反射-傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱结合化学计量学方法的诊断平台。通过分析鼻咽拭子样本，该技术可同步区分SARS-CoV-2、肺炎支原体（MP）和流感B病毒感染，并量化脂质、蛋白质等生物分子贡献，分类准确率达95.6%。该研究为病原体-宿主互作机制研究及未来大流行防控提供了新工具。

　　

研究背景
急性呼吸道感染（ARIs）是全球公共卫生的重大威胁，COVID-19大流行更凸显其紧迫性。然而，现有诊断技术如RT-qPCR虽准确却耗时昂贵，抗原检测则灵敏度不稳定。更棘手的是，不同病原体引起的症状相似，但治疗策略迥异。传统方法依赖单一分子标志物，难以全面反映感染生理变化。红外（IR）光谱技术因其可同步检测多种生物分子的潜力崭露头角，但能否区分不同病原体感染仍是未知数。

研究方法
首都医科大学附属北京佑安医院的研究团队采用便携式ATR-FTIR光谱仪分析两个队列（共160例）的鼻咽拭子样本，结合独创的重要波数范围重叠（IWRO）算法和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）。通过超滤浓缩样本提升信噪比，比较SARS-CoV-2、MP、流感B病毒感染者与健康人的光谱特征差异。

研究结果
IR spectral band assignments and potential biomarkers of absorbance ratios
研究发现3000-2800 cm^-1
（脂质CH₂
伸缩振动）和1650 cm^-1
（蛋白质酰胺I带）是区分病原体的关键波段。SARS-CoV-2感染样本显示核酸特征峰（1240 cm^-1
）显著增强，而MP感染以碳水化合物特征（1150 cm^-1
）为主。

Discussion
尽管使用不同病毒运输培养基（VTM）导致队列间光谱基线差异，但病原体特异性分子特征稳定可辨。IR光谱不仅能鉴别感染状态，还能通过生物分子比例变化（如脂质/蛋白质比值）反映不同病原体的生理干扰模式。

Conclusion
该平台在两类VTM系统中均实现>90%的分类准确率，首次证实ATR-FTIR可同步完成病原体鉴别和生理状态解析。提出的IWRO方法量化了各类生物分子贡献度，为理解感染机制提供新维度。

重要意义
发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》的这项研究，突破了现有诊断技术"一次一检"的局限，实现了"一测多评"。其分钟级检测速度、低成本特性尤其适合基层医疗，而分子层面的生理剖析能力为精准医疗和抗病毒药物研发开辟了新途径。该技术有望成为未来新发传染病防控的重要技术储备。