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        沙門氏菌快速檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

        2013-02-15 08:17:01章偉帆
        臺(tái)灣農(nóng)業(yè)探索 2013年4期
        關(guān)鍵詞:沙門氏菌探針特異性

        章偉帆

        (泉州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所,福建 泉州 362000)

        沙門氏菌是一類革蘭氏陰性菌,其廣泛分布于自然界,是常見的人畜共患型致病菌。沙門氏菌對(duì)外界的抵抗力較強(qiáng),耐膽鹽,對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求不高。目前,已知沙門氏菌就將近2213種,而且?guī)缀跛械纳抽T氏菌都能引起嚴(yán)重的食物中毒事件,是導(dǎo)致食物中毒的主要病原菌,對(duì)人類健康安全造成重大威脅。在美國(guó),每年有650萬~3300萬人發(fā)生食物中毒,近5000人因此而喪生[1]。為此,美國(guó)政府每年需要花費(fèi)近50億~60億美元[2]。在中國(guó),沙門氏菌同樣嚴(yán)重危害著我國(guó)的食品安全。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明,我國(guó)每年因沙門氏菌而導(dǎo)致的食物中毒事件占所有食物中毒事件的40%~60%。所以,建立一種快速有效的檢測(cè)手段是減少食物中毒事件的重要手段。但是由于沙門氏菌的血清型過于繁多,傳統(tǒng)的檢測(cè)方法又需要經(jīng)過預(yù)增菌、選擇性曾菌、分離培養(yǎng)、生化鑒定及血清學(xué)分型鑒定5個(gè)步驟。繁雜的生化反應(yīng)使得檢測(cè)過程十分復(fù)雜,耗時(shí)耗力,至少需要4~7天才能得到精確的檢測(cè)結(jié)果。因此,尋找一種快速、有效、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的檢測(cè)技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的方向。下面就近年來對(duì)于沙門氏菌新的檢測(cè)技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

        1 免疫學(xué)檢測(cè)方法

        在所有檢測(cè)食品中的沙門氏菌的技術(shù)手段中,免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)占有重要的地位,主要是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉,不需要特定的實(shí)驗(yàn)儀器,容易在基層推廣開來。其基本原理就是利用抗原抗體之間的特異性結(jié)合而到達(dá)檢測(cè)目的。

        1.1 酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn) (ELISA)

        酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn) (ELISA)的基本原理是將抗原或者抗體先固定在某種固相載體上,然后加入酶標(biāo)抗原或者抗體和受檢樣品,與固相載體上的抗原或者抗體發(fā)生特異性結(jié)合,從而形成抗原抗體復(fù)合物。將固相載體上多余的反應(yīng)液清除后,加入酶反應(yīng)底物,使得反應(yīng)底物被固相載體上的酶所催化,產(chǎn)生有色物質(zhì),最后通過測(cè)量有色物質(zhì)的含量來分析樣品中待測(cè)物質(zhì)的含量[3]。

        1977年,Krysinski和Heimsch利用沙門氏菌鞭毛抗體,首次將ELISA方法應(yīng)用于食品檢測(cè)[4]。最初ELISA方法雖然能在48h內(nèi)快速檢測(cè)出沙門氏菌,但是由于所使用的多價(jià)抗血清在不同程度上存在交叉反應(yīng),使得最初用ELISA檢測(cè)方法所得到的檢測(cè)結(jié)果假陽(yáng)性很高,而且靈敏度為105cfu/mL。隨著單克隆抗體技術(shù)的產(chǎn)生,Robinson等[5]建立了直接ELISA檢測(cè)方法,該檢測(cè)方法大大降低了因交叉反應(yīng)而出現(xiàn)的假陽(yáng)性現(xiàn)象,顯示出單抗的卓越性能。在我國(guó),焦新安等[6]利用單抗技術(shù)獲取了具有沙門氏菌廣譜結(jié)合特性的4種單克隆抗體,其中2種反應(yīng)互補(bǔ),對(duì)已檢沙門氏菌的覆蓋率高達(dá)99%,而且并沒有與受檢大腸桿菌發(fā)生交叉反應(yīng);黎兆滾等[7]利用ELISA技術(shù)檢測(cè)94份魚粉樣品中的沙門氏菌,所得的結(jié)果中陰性符合率為100%,陽(yáng)性符合率為92%,總符合率為98%;另外,文其乙等[8]利用沙門氏菌特異性單抗de7和CB8形成了快速檢測(cè)試劑盒,對(duì)500份蛋品進(jìn)行ELISA檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果可靠,陽(yáng)性率比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法高。

        1.2 免疫磁珠分離技術(shù) (IMS)

        免疫磁珠分離技術(shù)法 (IMS)技術(shù)的原理是將特異性抗體偶聯(lián)在磁性顆粒表面,在外加磁場(chǎng)的作用下與受檢樣品中的靶細(xì)胞特異性結(jié)合,使得靶細(xì)胞能夠富集、分離。近年來,研究人員利用免疫磁珠來富集沙門氏菌,從而使得檢測(cè)更加快捷。1996年,Mansfield和Forsythe比較了選擇性培養(yǎng)基富集法和免疫磁珠捕捉法富集對(duì)120種食物進(jìn)行沙門氏菌的富集和分離。結(jié)果表明免疫磁珠捕捉法富集效果和選擇性培養(yǎng)基富集的效果相同[9]。IMS檢測(cè)技術(shù)雖然在特異性方面具有很大的優(yōu)勢(shì),但是靈敏度不足,所以近年來IMS技術(shù)都是與ELISA、PCR、Taqman PCR技術(shù)相結(jié)合,形成IMSELISA、IMS-PCR、IMS-TaqmanPCR技術(shù),這樣就大幅度的增加了檢測(cè)的靈敏度,提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

        Kofitsyo等[10]利用免疫磁珠富集分離技術(shù)與酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)相結(jié)合,即IMS-ELISA技術(shù)檢測(cè)食品中的沙門氏菌,包括前期的樣品處理,整個(gè)檢測(cè)過程只花費(fèi)了26h,檢測(cè)最低限為105cfu/mL;2008年Virve等利用免疫磁珠富集分離技術(shù)與熒光定量PCR相結(jié)合,即IMS-Taqman PCR技術(shù),對(duì)食品中的沙門氏菌進(jìn)行檢測(cè),包括樣品處理的6h,整個(gè)流程只需要8h,而且靈敏度、準(zhǔn)確度、特異性分別為98.4%、99.1%、100.0%[11];2009年,Mercanoglu等[12]利用免疫磁珠富集分離技術(shù)與PCR技術(shù)有效的結(jié)合,建立快速有效檢測(cè)沙門氏菌的IMS-PCR方法,對(duì)牛奶中的沙門氏菌進(jìn)行檢測(cè)只需要14h,而且檢測(cè)的靈敏度達(dá)到1~10cfu/mL。

        2 分子生物學(xué)技術(shù)檢測(cè)

        分子生物學(xué)檢測(cè)方法是近年來發(fā)展最為迅速的食品檢測(cè)手段之一,由于其具有簡(jiǎn)便快捷,特異性強(qiáng),準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn),使得它在食品安全檢測(cè)上表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性。

        2.1 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù) (PCR技術(shù))

        聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù) (PCR)是近年來發(fā)展較快的一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù),它具有簡(jiǎn)便,快捷,特異性強(qiáng)以及靈敏度高等特點(diǎn),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品安全檢測(cè)。PCR技術(shù)檢測(cè)沙門氏菌的基本原理很簡(jiǎn)單,就是通過設(shè)計(jì)特異性引物,擴(kuò)增沙門氏菌中保守性高的核酸序列,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析受檢樣品中是否含有沙門氏菌,所以PCR技術(shù)的關(guān)鍵在于靶序列的選擇和引物的設(shè)計(jì)。

        近年來對(duì)于PCR檢測(cè)技術(shù)的報(bào)道很多。invA基因是決定沙門氏菌的侵染力的,所編碼的蛋白普遍存在于沙門氏菌表面,其序列具有高度的保守性[13]。Rahn等[14]利用沙門氏菌的invA基因作為靶序列,對(duì)630種沙門氏菌和142種非沙門氏菌進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明在非沙門氏菌中沒有一個(gè)菌種擴(kuò)增出目的條帶,在630種沙門氏菌中除了4個(gè)菌種外,其余菌種均擴(kuò)增出目的條帶;在歐洲,由4個(gè)歐洲實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合對(duì)435個(gè)天然樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明用invA基因作為靶序列進(jìn)行檢測(cè)的特異性和準(zhǔn)確性高達(dá)97.5%[15]。

        在國(guó)內(nèi),我國(guó)研究人員也報(bào)道了許多有關(guān)該技術(shù)的文章。黃金林等[16]開發(fā)設(shè)計(jì)了沙門氏菌中高度保守的組氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)操縱子基因序列的引物,并對(duì)15株沙門氏菌標(biāo)準(zhǔn)菌株,10株非沙門氏菌菌株以及27株現(xiàn)場(chǎng)分離的沙門氏菌菌株進(jìn)行PCR擴(kuò)增,結(jié)果表明所有對(duì)照菌株均未出現(xiàn)目的條帶,而沙門氏菌菌株皆有495bp的目的條帶,從結(jié)果可以說明所開發(fā)的這對(duì)引物對(duì)沙門氏菌的檢測(cè)表現(xiàn)出極高的特異性;孔繁德等[17]根據(jù)沙門氏菌基因組序列中高度保守的序列fimY基因,建立了用于檢測(cè)沙門氏菌的PCR通用方法,并用該方法對(duì)廈門地區(qū)的禽類產(chǎn)品進(jìn)行了沙門氏菌的檢測(cè),取得了喜人的成績(jī);汪琦等[18]利用PCR方法快速檢測(cè)方法對(duì)全脂奶粉、生牛肉和加工過的雞肉中的沙門氏菌進(jìn)行檢測(cè),其檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)檢測(cè)手段檢測(cè)結(jié)果一致,檢出限為100cfu/25g,準(zhǔn)確性達(dá)100%。

        2.2 熒光定量PCR

        熒光定量PCR不同于常規(guī)PCR之處在于,它能夠?qū)NA進(jìn)行定量檢測(cè),而且敏感性達(dá)到4.5 cuf/mL,是常規(guī)PCR的100倍,特異性高,能夠避免PCR污染問題。其原理是在PCR過程中加入一個(gè)含有熒光基團(tuán)標(biāo)記的特異性寡核苷酸鏈探針,該探針兩端分別標(biāo)記有熒光淬滅基團(tuán)和熒光報(bào)告基團(tuán)。在PCR過程中,熒光淬滅基團(tuán)從探針上脫落,從而使得熒光報(bào)告基團(tuán)發(fā)出的熒光能夠被熒光系統(tǒng)檢測(cè)到。根據(jù)檢測(cè)到的熒光信號(hào)對(duì)PCR過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)樣品進(jìn)行定量分析檢測(cè)。

        Seo等[19]在對(duì)雞蛋的檢測(cè)中,采用熒光定量PCR手段對(duì)D型沙門氏菌特有的sefA基因進(jìn)行擴(kuò)增,結(jié)果表明使用熒光定量PCR手段與常規(guī)檢測(cè)方法檢測(cè)的結(jié)果一致,而且最低檢出限僅為1cfu/600g雞蛋清洗液;Malorny等[20]在對(duì)雞蛋和禽肉樣品的沖洗液進(jìn)行檢測(cè)中,用Taqman探針擴(kuò)增腸道沙門氏菌所特有的Prot6e基因,發(fā)現(xiàn)結(jié)果與常規(guī)檢測(cè)100%一致,且最低檢出限為3cfu/50mL;我國(guó)科研人員鐘偉軍[21]等根據(jù)stn基因設(shè)計(jì)了1對(duì)特異性引物和熒光探針,stn是能夠編碼鼠傷寒沙門氏菌腸毒素的基因,他們通過摸索熒光定量PCR體系和條件,建立了一套檢驗(yàn)沙門氏菌的熒光定量PCR方法。他們利用這套方法對(duì)人工污染沙門氏菌的雞蛋 (沙門氏菌初始含菌量為1cfu/g)和豬肉 (沙門氏菌初始含菌量為1cfu/g)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果皆為陽(yáng)性,具有較強(qiáng)的特異性和高的敏感性。

        2.3 環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增 (LAMP)

        環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)是由 Notomi等[22]在2000年開發(fā)的一種新的核酸擴(kuò)增技術(shù)。它的原理是根據(jù)靶序列上的6個(gè)特定區(qū)域設(shè)計(jì)4條引物,在65℃恒溫條件下,利用具有鏈置換活性的Bst DNA聚合酶能夠在1h內(nèi)擴(kuò)增出109個(gè)靶序列拷貝的核酸擴(kuò)增技術(shù)。在擴(kuò)增過程中,反應(yīng)液中的鎂離子能夠與從核苷酸中析出的焦磷酸根離子結(jié)合,生成肉眼可見的白色沉淀——焦磷酸鎂。LAMP與常規(guī)PCR相比,其無需繁雜的電泳和紫外觀察過程,也不需要昂貴的PCR儀器,所以便于基層應(yīng)用。

        LAMP技術(shù)的關(guān)鍵在于關(guān)鍵區(qū)域的選擇和特異性引物的設(shè)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)invA基因在不同沙門氏菌菌株之間存在較高的同源性,而且通過Blast分析,該基因與其他物種并無同源關(guān)系,所以invA基因是沙門氏菌的一個(gè)重要的特殊區(qū)域。黃金海等[23]通過對(duì)invA基因進(jìn)行引物設(shè)計(jì),通過LAMP技術(shù)對(duì)4種非沙門氏菌和7種沙門氏菌血清型進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)7種沙門氏菌皆能進(jìn)行有效擴(kuò)增,而4種對(duì)照菌不能擴(kuò)增,這說明利用invA基因設(shè)計(jì)出的特異性引物對(duì)于檢測(cè)沙門氏菌具有極好的特異性。而且在對(duì)于食品中沙門氏菌的檢測(cè)中,樣品中最低檢限為336cfu/mL,具有很高的靈敏性。

        LAMP具有特異性強(qiáng),靈敏性高,操作簡(jiǎn)便,無需儀器等優(yōu)點(diǎn)。重要的是運(yùn)用LAMP技術(shù)檢測(cè)沙門氏菌只需要2h,即使加上增菌時(shí)間,也只需15h,便于基層的推廣,具有很高的實(shí)用價(jià)值。

        2.4 基因芯片 (DNA chip)

        基因芯片又稱生物芯片、DNA芯片。其原理是將許多已知的DNA探針固定在玻片或者硅片上,微生物樣品DNA可以通過PCR的方法標(biāo)記探針。然后將經(jīng)過熒光標(biāo)記的樣品分子與固定在基因芯片上的DNA探針進(jìn)行雜交。用洗脫液將沒有雜交的樣品分子洗脫后,通過熒光信號(hào)的強(qiáng)弱來判斷樣品分子的序列信息和數(shù)量,最后利用序列信息來分析樣品中是否含有目的菌。該方法可以一次性檢測(cè)多種病原菌,而且具有特異性強(qiáng),靈敏度高,快速準(zhǔn)確等特點(diǎn),在檢測(cè)沙門氏菌等致病菌中具有廣泛的應(yīng)用前景。

        Cremonesi等[24]利用細(xì)菌的16SrRNA基因設(shè)計(jì)探針,制成基因芯片,成功運(yùn)用于微生物中病原菌的檢測(cè);2006年,為了確認(rèn)和驗(yàn)證鼠傷寒沙門氏菌的致病基因,Shannon等[25]利用基因芯片,通過PCR擴(kuò)增了10個(gè)目的基因,并制成熒光探針標(biāo)記與DNA雜交,這些基因包括:orgA、spi4H、purR、ORF319、rmbA、misL、spi4F、spi4N、rRNA以及ttrB,最終成功的檢測(cè)到了71個(gè)致病基因,這個(gè)結(jié)果表明通過PCR擴(kuò)增增加了基因芯片雜交的準(zhǔn)確度和可信度;Wilson等[26]利用病原體致病基因和20寡核苷酸藻紅素標(biāo)記探針,開發(fā)了一套可以精確識(shí)別18種真核生物、原核生物和致病性病毒的DNA微陣列。

        3 檢測(cè)沙門氏菌的其他方法

        除了上述所介紹的免疫學(xué)方法和分子生物學(xué)方法,近年來其他越來越多的新技術(shù)也體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。

        3.1 生物傳感器 (Biosensor)

        生物傳感器的原理是將待測(cè)樣品與儀器中的生物分子識(shí)別原件發(fā)生反應(yīng),然后通過儀器中特有的信號(hào)轉(zhuǎn)換器將反應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成可辨別的光信號(hào)或者電信號(hào)。所以,影響生物傳感器檢測(cè)的特異性和靈敏性的關(guān)鍵在于儀器中的生物分子識(shí)別原件以及信號(hào)轉(zhuǎn)換器。Pathiran等[27]使用沙門氏菌的多克隆抗體制成生物分子識(shí)別原件,制成可用于檢測(cè)沙門氏菌的生物傳感器,該傳感器反應(yīng)時(shí)間小于100s,最低敏感度為102個(gè)細(xì)胞/mL。雖然生物傳感器具有自動(dòng)化程度高,分析速度快,對(duì)使用者要求低等特點(diǎn),但由于生物分子識(shí)別原件壽命短,生產(chǎn)成本高,這是阻礙該方法發(fā)展的重要原因。

        3.2 熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù) (Py-GC-MS)

        熱裂解氣相色譜—質(zhì)譜技術(shù)是一種簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高的一種新技術(shù),目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微生物的鑒定和檢驗(yàn)當(dāng)中。郭愛玲等[28]采用Py-GC-MS技術(shù)對(duì)沙門氏菌細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè),通過分析總離子流色譜圖,確定沙門氏菌熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜的條件與部分裂解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),從而能夠?yàn)榭焖勹b定沙門氏菌提供新的方法;董海燕[29]建立了一套Py-GC-MS快速檢測(cè)沙門氏菌的方法,她將4種沙門氏菌全細(xì)胞在650℃下裂解,時(shí)間為12s,離子源溫度230℃的條件下,得到了4張總離子色譜圖,確定了4種沙門氏菌裂解產(chǎn)物 (吲哚、苯酚、1-十三烯)的分子結(jié)構(gòu),為快速檢測(cè)沙門氏菌奠定了基礎(chǔ)。

        3.3 電阻抗法

        近年來一項(xiàng)新的生物技術(shù)——電阻抗法已經(jīng)逐步應(yīng)用于食品中微生物的檢測(cè),而且對(duì)食品中沙門氏菌的檢測(cè)已經(jīng)通過了AOAO的認(rèn)可。其原理是根據(jù)不同微生物在生長(zhǎng)和繁殖過程中,將培養(yǎng)基內(nèi)電惰性大分子底物分解成電活性小分子產(chǎn)物的能力不同,從而導(dǎo)致電阻抗降低的程度不同。Pless等[30]用電阻抗法和傳統(tǒng)檢測(cè)方法對(duì)250種食品中進(jìn)行沙門氏菌檢測(cè),結(jié)果表明在122種沙門氏菌污染食品中,電阻抗法檢出了119種,而傳統(tǒng)檢測(cè)方法僅檢出了106種;陳廣全等[31]對(duì)21種人工加入沙門氏菌的食品進(jìn)行檢測(cè),分別用了電阻抗法和傳統(tǒng)檢測(cè)方法,結(jié)果電阻抗法檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果一致,對(duì)于陰性結(jié)果可以在48h內(nèi)得到。這說明電阻抗法能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出食品中的沙門氏菌。

        4 小結(jié)

        隨著生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新的食品檢測(cè)技術(shù)層出不窮。這些技術(shù)與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比較而言,具有快速、簡(jiǎn)便、特異性強(qiáng)等特點(diǎn)。分子生物學(xué)檢測(cè)手段雖然能夠快捷地檢測(cè)沙門氏菌,但是技術(shù)難度大,成本高,推廣難度大。而免疫學(xué)方法中ELISA應(yīng)用較為普遍,隨著相關(guān)研究的不斷深入,ELISA技術(shù)在食品檢測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用??傊?,隨著免疫學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展,相信對(duì)于食品中沙門氏菌的檢測(cè)技術(shù)將向著快捷、特異性強(qiáng)、靈敏度高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法不斷發(fā)展。

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