2022年2月2日，徐州医科大学医学信息与工程学院院长张潇教授课题组联合广东省人民医院检验科主任顾兵教授团队以及徐州医科大学王亮教授团队在国际知名期刊Microbiology Spectrum《微生物波谱》（美国微生物学会旗下期刊，中科院2区，影响因子7.17）发表题为Discrimination between carbapenem-resistant and carbapenem-sensitive Klebsiella pneumoniae strains through computational analysis of surface enhanced Raman spectra: a pilot study的研究论文。该研究通过系统性比较不同机器学习算法，证实了表面增强拉曼光谱具有快速准确地鉴别不同抗生素耐药性的肺炎克雷伯菌菌株潜力

肺炎克雷伯菌（俗称肺炎杆菌）是一种有荚膜的革兰氏阴性兼性厌氧菌，由Edwin Klebs于1875 年首次阐明，是肠杆菌科克雷伯杆菌属细菌，也是胃肠道微生物群落中常见的细菌。肺炎克雷伯菌对人体具有潜在的致病性，可导致肺炎衍生败血症，具有较高的发病率和死亡率。由于肺炎克雷伯菌在医院环境中的快速传播，很容易导致院内感染和集中暴发。据报道，肺炎克雷伯菌是造成医院所有革兰氏阴性菌感染的重要风险之一，是继大肠杆菌之后医院和社区感染中排名第二的肠杆菌科病原菌。近十年来，随着临床环境中抗生素滥用的增加，肺炎克雷伯菌抗生素耐药性频发。碳青霉烯类药物使用的增加导致耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae, 简称CRKP）在临床样本中大量出现。目前，CRKP感染的临床治疗困难，而快速、经济、准确地区分碳青霉烯类耐药和敏感肺炎克雷伯菌区对CRKP感染的控制至关重要。

作为快速诊断领域的潜力新兴工具，拉曼光谱已逐渐显示出对细菌感染和抗生素耐药性进行无标记和无创鉴定的优势。但是由于拉曼散射效应弱、重现性差以及重复性低等限制，拉曼光谱在临床环境中的实际应用尚未开展。此外，由于拉曼光谱的复杂性，传统计算方法不足以处理和分析相应数据。近年来，表面增强拉曼光谱 (surface enhanced Raman spectroscopy, SERS) 克服了弱拉曼散射效应，通过金属纳米颗粒（金、银和铜）表面等离激元集中电磁能，从而获得普通拉曼光谱所不易得到的样本特征和结构信息

本项研究中，团队科研人员从临床样本中分离出7株CSKP和8株CRKP菌株，并通过八种监督机器学习算法（AdaBoost，CNN，DT，GB，KNN，LDA，RF, and SVM）分析了对应的SERS光谱。有监督机器学习算法中，CNN对CSKP和CRKP菌株的预测曲线下面积AUC达到99.90%，五折交叉验证准确率达到99.78%。此外，本研究通过在原始光谱数据中加入不同强度的噪声验证模型的鲁棒性，结果显示CNN在抗噪声能力上表现出最高的鲁棒性。综上所述，该研究表明SERS结合深度学习算法可以有效区分CSKP菌株和CRKP菌株，为SERS技术在病原菌快速诊断和抗生素快速鉴定的临床应用奠定了理论和实验基础。该论文的通讯作者是国家A类特聘专家、徐州医科大学医学信息与工程学院院长张潇教授，中国医学装备协会检验医学分会副会长、广东省人民医院检验科主任顾兵教授，以及徐州医科大学医学信息与工程学院智能医学工程教研室主任、美国微生物学会会员王亮教授，第一作者为徐州医科大学医学信息与工程学院刘伟教授，医学信息专业硕士研究生唐佳伟，以及医学技术学院硕士研究生吕婧雯。

Microbiology Spectrum是美国微生物学学会（American Society for Microbiology，ASM）旗下知名期刊，发表应用和临床微生物科学的研究。研究报告技术质量高，对社会有用，而不是对潜在影响作出主观评价。所有的决定都是由一个国际和多样化的编辑委员会作出的，充分代表微生物研究学会。该杂志为作者提供了公平、快速和严格的同行评议。美国微生物学会（American Society for Microbiology，ASM）成立于1899年，致力于推进微生物科学的发展，是生命科学领域中全球最大且历史最悠久的会员组织。美国微生物学会的期刊是微生物学领域最杰出的出版物，全面促进基础和临床微生物学领域的各项研究。所出版文章数量超过微生物学领域全部论文量的1/4，文章引用量几乎占所有微生物学论文引用数量的42%。