【摘 要】
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沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等食源性致病菌在食品链中的污染已成为人类健康的重要威胁。其中沙门氏菌污染率高,耐药性问题突出,开展毒力基因和耐药基因同步检测研究非常重要。通常核酸检测方法可以实现两者的同时检测,CRISPR/Cas体系因其高灵敏度、高准确性被广泛报道为新一代分子诊断技术,可作为核酸检测的补充技术。当前,核酸酶Cas12a对双链DNA的检测体系并未完全优化,多目标物检测也未广泛应用
【基金项目】
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国家重点研发计划(2021YFA0910204);
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沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等食源性致病菌在食品链中的污染已成为人类健康的重要威胁。其中沙门氏菌污染率高,耐药性问题突出,开展毒力基因和耐药基因同步检测研究非常重要。通常核酸检测方法可以实现两者的同时检测,CRISPR/Cas体系因其高灵敏度、高准确性被广泛报道为新一代分子诊断技术,可作为核酸检测的补充技术。当前,核酸酶Cas12a对双链DNA的检测体系并未完全优化,多目标物检测也未广泛应用,纳米技术在CRISPR检测体系中的应用研究也较少。基于此,本论文系统地研究了Cas12a对食源性致病菌的检测方法。对Cas12a进行筛选并对检测体系初步优化,结合核酸扩增和金纳米粒子的荧光增强效应提高检测灵敏度,并减少前处理步骤,缩短检测时间。主要研究内容如下:(1)Cas12a反式酶切动力学研究及检测体系优化。研究对比两个种属的Cas12a的反式酶切速率,As Cas12a和Lb Cas12a的最大反应速率(Vmax)分别为5.9127×10-9M sec-1和4.2664×10-9M sec-1,选取酶切速率更高的As Cas12a作为后续的实验用酶,同时优化Cas12a检测体系,实现对金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的检测。实验结果显示,对DNA的检出限为10 p M,结合重组酶聚合酶扩增,对两种细菌的检出限均为10~2 CFU/m L,在10~2~10~8 CFU/m L范围内线性良好。在牛奶样品中加标回收率为76.38%~127.15%。(2)Cas12a双靶点检测(Cas12a-Dd)方法的构建。在已优化的Cas12a检测体系的基础上,进一步提高检测灵敏度,对DNA的检出限为100 f M,灵敏度比上一部分提高了2个数量级,线性范围为100 f M~10 n M。Cas12a-Dd依次与双靶点聚合酶链反应和重组酶聚合酶扩增相结合,巧妙地使用圆盖允许达到临时储存更多的Cas12a检测溶液的目的。通过酶标仪和紫外可视化双模式读出结果,得到了1 CFU/m L的双重检测限,线性范围为10~0~1010CFU/m L,实现了对耐药沙门氏菌毒力基因与耐药基因的双靶点检测。(3)金纳米-Cas12a荧光增强型传感方法的构建。为了构建更灵敏的Cas12a检测方法,在已构建的Cas12a检测方法的基础上,基于金纳米粒子金属增强荧光效应和荧光共振能量转移效应构建“OFF-enhanced ON”探针,并用于荧光增强型Cas12a检测体系中。荧光的增强可以放大阴性样本和阳性样本之间的信号差异。当Au NP与Au NC比例为1:1时,猝灭效果最强。金纳米-Cas12a荧光增强型传感方法在40 min内对DNA的检测灵敏度为10 f M,对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌三种细菌检测灵敏度为10 CFU/m L,特异性良好,同时省去扩增过程,简化操作,检测时间缩短了20%。综上,本论文围绕Cas12a的反式切割能力,以典型食源性致病菌为研究对象,首先构建了食源性致病菌的快速检测传感体系,然后就灵敏度和操作性进行了系统性优化,逐步提高检测灵敏度,并省去核酸扩增步骤,简化操作流程,在食源性致病菌检测中具有较大应用前景。
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