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據(jù)統(tǒng)計(jì)，細(xì)菌感染每年會(huì)導(dǎo)致670萬(wàn)病人死亡，因此細(xì)菌鑒定對(duì)臨床上菌群感染診斷十分重要。不同于傳統(tǒng)做法（先在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)細(xì)菌，再檢測(cè)和識(shí)別細(xì)菌及其抗微生物敏感性），來自斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出細(xì)菌感染的無(wú)培養(yǎng)診斷（culture-free diagnosis of bacterial infections）。該方法通過構(gòu)建25層卷積殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)來自10株細(xì)菌的低信噪比的拉曼光譜進(jìn)行菌群鑒定，并達(dá)到了99%的檢測(cè)準(zhǔn)確率。該研究以Rapid identification of pathogenic bacteria using Raman spectroscopy and deep learning為標(biāo)題發(fā)表在Nature Communications雜志（IF=11.9）。

該研究主要包括對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的菌群的鑒定以及臨床病人樣本的菌群鑒。

實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)菌群的鑒定包括菌群檢測(cè)、抗生素藥物選擇以及抗生素易感性實(shí)驗(yàn)。從31種實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的菌群中構(gòu)建出6萬(wàn)張拉曼光譜，在30種菌群檢測(cè)的盲測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到82%，優(yōu)于邏輯回歸和SVM的76%和75%；在抗生素藥物選擇上的盲測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到97%，優(yōu)于邏輯回歸和SVM的93%和92%；在抗生素易感性實(shí)驗(yàn)上，達(dá)到89%的準(zhǔn)確率。

臨床病人樣本的菌群鑒定包括從50位臨床病人的菌群中構(gòu)建出1.2萬(wàn)張拉曼光譜，將其中25位病人的拉曼光譜作為盲測(cè)集。在臨床病人的菌群檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，只利用10株細(xì)菌，達(dá)到了99%的準(zhǔn)確率。

該研究解決了臨床上菌群鑒定速度慢（~天）這一問題，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)科學(xué)的方法，檢測(cè)速度可以達(dá)到~1s。將深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于高背景噪聲的拉曼光譜，以識(shí)別臨床相關(guān)的細(xì)菌及其經(jīng)驗(yàn)性治療。類似的模型可以應(yīng)用于其他鑒定（材料鑒定）以及光譜技術(shù)（紅外，或質(zhì)譜分析）。來源：Nature Communications volume 10, Article number: 4927 (2019)

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12898-9