檢測(cè)沙門氏菌的利器

一種新型的基于納米技術(shù)的生物傳感器在高度準(zhǔn)確檢測(cè)沙門氏菌等食源性病原菌方面正顯示出巨大的潛力。

美國(guó)食品藥品管理局已經(jīng)發(fā)行了一本名為《有害病菌名錄》（Bad Bug Book）的手冊(cè)。該手冊(cè)提供了關(guān)于食源性致病微生物和天然毒素的基本情況，其中包含所有人們想了解的有關(guān)沙門氏菌、大腸埃希氏菌、原生寄生生物、蠕蟲、病毒、天然毒素和其他有毒物質(zhì)的信息。當(dāng)你吃下的漢堡包中含有這些物質(zhì)時(shí)，它們會(huì)使你生病難受，甚至?xí)媚阌谒赖?。疾病防控中心（CDC）持有的統(tǒng)計(jì)資料令人感到恐懼。據(jù)估計(jì)，在美國(guó)食源性病原體每年會(huì)造成約7600萬人發(fā)病，32.5萬人住院，5000人死亡。

沙門氏菌、李氏桿菌和弓形蟲這三種病原微生物每年會(huì)引起1500人死亡。沙門氏菌是造成食源性死亡最常見的原因，每年會(huì)引發(fā)數(shù)百萬例食源性疾病。沙門氏菌來源于生的或未煮熟的雞蛋、半生不熟的畜禽肉、奶制品、海產(chǎn)品、水果和蔬菜——幾乎包括我們所有的食物。因此，對(duì)食源性致病菌（特別是沙門氏菌）的早期檢測(cè)是進(jìn)行微生物學(xué)分析、保證食品安全的重要任務(wù)?？茖W(xué)家已經(jīng)開發(fā)了多種檢測(cè)該病原體的方法；然而，檢測(cè)速度和靈敏度仍然是最大的挑戰(zhàn)。一種新型的基于納米技術(shù)的生物傳感器在高度準(zhǔn)確檢測(cè)食源性病原菌方面正顯示出巨大的潛力。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部的農(nóng)業(yè)工程師博森·帕克（Bosoon Park）表示：“對(duì)食源性致病菌的早期檢測(cè)是預(yù)防疾病爆發(fā)和保證公共衛(wèi)生安全的關(guān)鍵。目前的檢測(cè)技術(shù)，例如ISO6579法、熒光抗體技術(shù)（FA）、酶聯(lián)免疫吸附反應(yīng)（ELISA）、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）等，不但耗時(shí)、繁瑣，而且靈敏度低?！?帕克還是由喬治亞大學(xué)和韓國(guó)食品研究所的科學(xué)家組成的科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員，該團(tuán)隊(duì)研究出了一種新型的檢測(cè)食源性細(xì)菌的有效方法。

喬治亞大學(xué)物理系副教授趙義平博士表示：“我們基于納米技術(shù)的生物傳感器在高靈敏度和高準(zhǔn)確性地檢測(cè)蛋白質(zhì)、病毒和細(xì)菌方面顯示了巨大的潛力。這種仿生異質(zhì)納米棒檢測(cè)方法在食品安全行業(yè)和生物醫(yī)學(xué)診斷方面具有巨大的潛力?！?/p>

該研究小組還包括喬治亞大學(xué)傳染病系的拉爾夫·特瑞普（Ralph A. Tripp）博士。他們通過掠射角沉積技術(shù)（GLAD）制備薄膜法構(gòu)造了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的硅/金納米棒陣列，并使用抗沙門氏菌抗體和有機(jī)染料分子使其功能化。由于硅納米棒高厚徑比大，附著在硅納米棒上的染料分子在捕獲和檢測(cè)沙門氏菌時(shí)能夠產(chǎn)生強(qiáng)熒光。

帕克認(rèn)為，傳統(tǒng)的用于檢測(cè)食源性病原體的微生物技術(shù)（如ISO 6579法）通常需要5天時(shí)間才能獲得陽(yáng)性結(jié)果，其過程包括預(yù)培養(yǎng)、選擇培養(yǎng)和菌落鑒定，這些操作既耗時(shí)又費(fèi)力。傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)低污染水平的樣本靈敏度差。

很多研究人員已使用了熒光抗體技術(shù)（FA）檢測(cè)沙門氏菌。雖然熒光抗體技術(shù)能夠節(jié)約時(shí)間，但為了觀察到可檢測(cè)的熒光信號(hào)，它要求樣本中要有足夠多的病原體。這常常意味著增菌培養(yǎng)技術(shù)要優(yōu)先于免疫熒光顯微鏡技術(shù)。因此，熒光抗體技術(shù)尚未成為檢測(cè)沙門氏菌的常規(guī)方法。

納米技術(shù)在設(shè)計(jì)可靠檢測(cè)食源性病原體的傳感器方面正發(fā)揮越來越大的作用。趙義平教授說：“所有用于生物傳感的納米結(jié)構(gòu)都有兩個(gè)特點(diǎn)。首先，它們具有某些針對(duì)被分析物的識(shí)別機(jī)制，例如抗體或酶。其次，它們能夠從被分析物中產(chǎn)生特定的信號(hào)，并且這種信號(hào)能夠由納米結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生或者由固定或包含在納米結(jié)構(gòu)中的信號(hào)分子產(chǎn)生。”

傅俊學(xué)是趙義平教授研究小組的一名研究生，他指出，單組分納米結(jié)構(gòu)很難同時(shí)固定識(shí)別分子和信號(hào)分子。而異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)則為解決這一問題提供了良好的平臺(tái)。因此，不同功能的分子能夠被固定在異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的不同組分上，從而增強(qiáng)檢測(cè)的靈敏度和特異性。在實(shí)驗(yàn)中，趙義平教授成功地利用連接在金納米棒上的抗體捕獲了單個(gè)沙門氏菌，并被固定在硅納米棒上的大量染料分子檢測(cè)。

大體上，如果選擇合適的抗體與納米棒上的底物相連，則本項(xiàng)研究的結(jié)果能夠被用于檢測(cè)其他食源性致病菌，如大腸埃希氏菌、葡萄球菌，以及食物毒素。此外，熒光檢測(cè)染料還能夠被其他類型的染料或量子點(diǎn)替代，進(jìn)行多重檢測(cè)。

這種新型的納米生物傳感器可以被廣泛用于食品工業(yè)、食品安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)、政府食品安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)和從事食品安全與生物安全的研究人員。

血型轉(zhuǎn)換器

一種新型機(jī)器將使任何血型轉(zhuǎn)換成為通用血型，從而降低致命的輸血混淆風(fēng)險(xiǎn)。

2003年，正在美國(guó)北弗吉尼亞州一家醫(yī)院里等待腸道手術(shù)的托尼婭·布朗突然決定換到更靠近窗子的床位。這次換床最終要了她的命。手術(shù)中，布朗錯(cuò)誤地接受了約1000毫升A型陰性血，而她是O型陽(yáng)性血。調(diào)查顯示，一名醫(yī)務(wù)人員提取了錯(cuò)誤的病人血液。手術(shù)數(shù)分鐘后，31歲的布朗發(fā)生了致命的溶血反應(yīng)，導(dǎo)致血壓驟降和腎衰竭。

血液混淆盡管鮮有發(fā)生，卻仍然是血液醫(yī)學(xué)中最可怕的錯(cuò)誤之一。位于休斯頓州得克薩斯大學(xué)M.D.安德森癌癥中心的血液專家凱瑟琳·薩扎瑪（Kathleen Sazama）博士說：“這是當(dāng)今最大的威脅。”即使一盎司（約28.35克）的血細(xì)胞不匹配，也會(huì)引起可能致命的免疫反應(yīng)，從而造成血液凝塊和內(nèi)出血。

但是現(xiàn)在，馬薩諸塞州一家叫做ZymeQuest的生物技術(shù)公司的科學(xué)家們也許即將消除多數(shù)輸血錯(cuò)誤，從而確保醫(yī)院獲得穩(wěn)定的血液供應(yīng)。他們的解決方案是利用一種設(shè)備將所有血型的血液轉(zhuǎn)換成O型，即四種主要血型中因能安全輸入幾乎任何病人而最為需要的血型。ZymeQuest公司的首席執(zhí)行官道格拉斯·克里鮑恩（Douglas Clibourn）說：“按下‘開始’按鈕，機(jī)器就會(huì)完成所需的轉(zhuǎn)換過程?！?/p>

這種如洗碗機(jī)大小的機(jī)器的秘密在于丹麥哥本哈根大學(xué)漢里克·克勞森（Henrik Clausen）近期發(fā)現(xiàn)的兩種酶，它們能將紅血球表面的糖分子分解。這些被稱為抗原的分子散布在細(xì)胞膜上，并決定一個(gè)人的血型是A、B、AB還是O型。如果你接受了錯(cuò)誤的血液，血漿中的抗原就會(huì)誘發(fā)抗體攻擊外來的抗原。

受雇于ZymeQuest公司的顧問克勞森在詳細(xì)研究了2500種細(xì)菌和真菌后發(fā)現(xiàn)，一種名為“脆弱擬桿菌”（Bacteroides fragilis）的腸源性細(xì)菌能夠產(chǎn)生一種削弱B型抗原的酶，而另一種“腦膜膿毒性菌”（Elizabethkingia meningosepticum）則能夠產(chǎn)生有效對(duì)抗A型抗原的酶。美國(guó)和歐洲已經(jīng)著手對(duì)這種A型酶開展人體臨床試驗(yàn)。

能把血液供應(yīng)大量轉(zhuǎn)換成O型血，這對(duì)醫(yī)院來說是一個(gè)福音。在外傷病例中，沒有足夠的時(shí)間確定病人的真實(shí)血型，常規(guī)性短缺也可能使情況危急，此時(shí)醫(yī)院就可以使用這種血液。ZymeQuest公司的機(jī)器每90分鐘可制造出8個(gè)單位的O型血，但是這項(xiàng)技術(shù)遠(yuǎn)非完美，還必須通過臨床試驗(yàn)證明這些酶不會(huì)損傷血細(xì)胞。每個(gè)單位血液中的細(xì)胞必須全部轉(zhuǎn)換成O型，即使只有少數(shù)的血細(xì)胞沒能被轉(zhuǎn)換，也會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)?！斑@只是開始，需要做的工作還很多?！泵绹?guó)最大的血庫(kù)之一，位于西雅圖的普吉特海灣血液中心（Puget Sound Blood Center）副總裁D·邁克爾·斯特朗（D. Michael Strong）說。