超高特异性E. coli O157:H7活性菌株便携式生物发光检测
发布时间：2024-08-23 浏览次数：128
摘要：活的食源性致病菌繁殖迅速，对人体健康危害巨大，需要适当的方法进行监管。本研究开发了一种便携式三磷酸腺苷(ATP)生物发光传感器，该传感器对大肠杆菌O157:H7菌株具有高特异性，可通过定向噬菌体修饰的搅拌棒提取和生物增殖协同增强。简单地说，选择的噬菌体定向固定在聚二烯基二甲基氯化铵修饰的金搅拌棒上作为生物受体。经过简单的搅拌棒吸收萃取和在LB培养基中的生物增殖，捕获的大肠杆菌O157: H7的数量激增。最后用便携式ATP生物发光传感器对其进行定量。该传感器利用噬菌体的高特异性和简单的信号双扩增策略，在菌株水平上实现了对活菌的识别，具有较高的灵敏度。此外，便携式信号读出器使其适合现场检测。在最佳条件下，该方法的检测范围为102 ~ 107 CFU mL-1,30 min内的最低检出限为30 CFU mL-1。对实际样品的检测结果表明，该方法与平板计数法无差异，但检测时间大大缩短。此外，该方法为活体大肠杆菌的即时检测(POCT)提供了新的途径，有望推广到其他具有相应噬菌体的毒力菌株的检测中。
本研究设计了一种便携式ATP生物发光传感器，该传感器与定向噬菌体修饰的搅拌棒提取和生物增殖相结合，可用于大肠杆菌O157:H7活毒株的快速现场鉴定。图1阐述了噬菌体固定化搅拌棒的制备过程和ATP生物发光检测。首先，用聚二烯丙基二甲氯化铵(PDDA)对搅拌棒进行带正电荷的改性。然后利用静电吸引将带负电荷的噬菌体头部固定，使噬菌体的尾纤维面向溶液。这样，噬菌体在搅拌棒上的定向固定化实现了特异性和高效捕获目标菌株。通过经典的SBSE过程后，将捕获的大肠杆菌O157:H7搅拌棒置于Luria-Bertani (LB)培养基中进行生物增殖，进一步提高细菌浓度。最后，利用便携式ATP生物发光传感器检测大肠杆菌O157:H7活性浓度。通过对噬菌体的研究表明，本工作中的噬菌体对目标大肠杆菌O157:H7表现出超高的菌株选择性(图2)，并且通过定向修饰后，能够进一步增强噬菌体对目标菌的抓捕能力(图3)。该方法具有噬菌体的高特异性识别、简单的双扩增策略和便携式ATP生物发光传感器等优点，可在现场操作简单，定量测定靶菌的微量含量。
图1. (A)噬菌体定向固定在搅拌棒上的制备工艺。(B)双放大策略示意图。(C)使用便携式ATP生物发光传感器对活大肠杆菌O157:H7菌株进行定量检测。
图2.噬菌体对不同细菌及不同大肠杆菌菌株识别能力
图3.定向修饰的噬菌体对细菌的抓捕能力
图4. 现场检测流程
总结：在这项工作中，利用便携式生物发光传感器开发了一种快速、特异性和现场检测大肠杆菌O157:H7菌株的方法。它在菌株水平上实现了对细菌的识别。以噬菌体搅拌棒为基础，建立了一种高效的SBSE预处理方法，只需5 min即可富集大肠杆菌，实现了食品样品中O157:H7大肠杆菌的快速特异性分离。此外，搅拌棒上捕获的细菌经LB增殖后利用便携式ATP生物发光传感器对活菌进行定量检测。检测信号可放大36倍，LOD为30 CFU mL-1。结果表明，该方法可用于大肠杆菌O157:H7活株的定量检测。
参考文献：Cao C, Wang M, Zhang D, et al. Portable ATP bioluminescence sensor with high specificity for live Escherichia coli O157: H7 strain synergistically enhanced by orientated phage-modified stir bar extraction and bio-proliferation[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 220: 114852.
来源：微生物安全与健康网
链接：https://www.mbiosh.com/column/testing-technology/testing-technology-method/5638
