基于MALDI-TOF-MS特异性探针PTACA快速鉴定碳青霉烯耐药菌的研究

为解决碳青霉烯耐药菌（CRE）临床检测的难题，中国研究人员设计了一种新型MALDI-TOF-MS探针PTACA。该探针通过特异性识别碳青霉烯酶（carbapenemase）并利用吡嗪结构增强电离效率，实现了100%的CRE临床菌株鉴别率，且在人工尿液中成功验证了其诊断潜力。研究为CRE感染的快速精准检测提供了创新工具，发表于《Microchemical Journal》。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大威胁，其中碳青霉烯类抗生素作为治疗严重感染的“最后防线”正面临严峻挑战。碳青霉烯耐药肠杆菌科细菌（CRE）因其高死亡率、多重耐药性和快速传播能力，被世界卫生组织列为“紧急威胁”。这些细菌通过产生碳青霉烯酶（carbapenemase）水解抗生素核心结构β-内酰胺环（β-lactam ring）而耐药。目前临床检测方法存在耗时长（18-48小时）、特异性低或成本高等问题，亟需开发快速精准的检测技术。

针对这一需求，吉林大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表研究，设计了一种名为PTACA的MALDI-TOF-MS（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱）特异性探针。该探针基于碳青霉烯核心结构设计，整合吡嗪基团作为电离增强模块，实现了对碳青霉烯酶的高效特异性识别。研究证实，PTACA可在临床样本和人工尿液中100%鉴别CRE菌株，为耐药菌感染的早期诊断提供了突破性解决方案。

关键技术方法
研究采用质谱探针设计策略，通过合成PTACA（含碳青霉烯酶识别位点和吡嗪电离增强基团），对比其与常规碳青霉烯类药物的电离效率差异；利用MALDI-TOF-MS监测水解产物质量数变化（-44 Da特征峰）；测试58株临床菌株（含20株CRE）及人工尿液样本，验证探针的敏感性与特异性。

研究结果

Materials
实验使用β-甲基乙烯基磷酸酯等化合物合成PTACA，以商业碳青霉烯类药物（如亚胺培南）为对照，确保探针结构的精确性。

Assessment of PTACA Probe Performance
PTACA的离子强度显著高于亚胺培南（imipenem）（图S5），证实吡嗪基团可提升电离效率；探针仅被碳青霉烯酶水解，对其他β-内酰胺酶（如AmpC、ESBLs）无响应，特异性达100%；水解反应在10分钟内完成，远快于传统碳青霉烯类药物（需2小时）。

Conclusion
PTACA通过“核心结构识别+电离增强”双功能设计，实现了CRE的快速（<30分钟）、高灵敏度（检测限0.5 μg/mL）鉴别。在人工尿液中成功检测CRE，证实其在尿路感染诊断中的应用潜力。

讨论与意义
该研究首次将碳青霉烯核心结构与吡嗪电离模块结合，解决了传统质谱探针电离效率低、水解慢的问题。PTACA的临床转化可缩短CRE检测时间至现有方法的1/36，且成本低于PCR技术。研究为耐药菌监测提供了“结构设计-功能验证-临床模拟”的全链条方案，对遏制耐药菌传播具有重要价值。作者团队声明无利益冲突，研究受国家自然科学基金（项目号21675060等）支持。