基于共振能量转移检测食品中致病微生物的技术研究

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由致病微生物引发的食源性疾病是世界首要的食品安全问题,食品生产是一个时间久,环节冗杂的过程,存在着许多被致病微生物污染的可能。常见的致病微生物有细菌、病毒以及真菌等。非洲猪瘟病毒(African swine fever virus,ASFV)感染猪后引发的一种急性出血性严重传染性疾病被称为非洲猪瘟(African swine fever,ASF)。ASF的持续传播不仅影响到居民的肉类供应,也影响到全球肉类供应的安全,然而,目前有关直接检测食品中ASFV的研究很少。在日常食品中检测ASFV可以追踪病毒来源,更广泛地监测病毒,进一步减少经济损失。金黄色葡萄球菌是最常见的食源性致病菌,是革兰氏阳性细菌的代表之一,可引起许多严重的感染性疾病。在奶、肉、蛋、鱼及其制品中比较常见,可引起化脓感染、肺炎甚至败血症等全身感染性疾病。因此,构建方便快速并实施有效的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)检测方法对于食品安全的有效监测与防控具有重要意义。本文基于简便、快速、灵敏的共振能量转移技术用于检测食品中的ASFV和金黄色葡萄球菌。课题一:本部分利用量子点(Quantum dots,QDs)和纳米金(Gold nanoparticles,Au NPs)开发了一种基于荧光共振能量转移(Forster resonance energy transfer,FRET)的DNA传感器,基于单链DNA互补配对原则用于ASFV特异性基因检测。生物素(biotin)修饰的ss-DNA与链霉亲和素(streptavidin)修饰的QDs根据链霉亲和素与生物素的特异性亲和力合成ss-DNA-QDs(探针1),巯基修饰的ss’-DNA与Au NPs通过盐老化法合成ss’-DNA-Au NPs(探针2)。靶DNA缺失的情况下,ss-DNA-QDs(探针1)将与ss’-DNA-Au NPs(探针2)杂交,供体(QDs)与受体(Au NPs)距离变近,引发FRET效应,QDs的荧光被Au NPs淬灭。靶DNA存在的情况下,靶DNA与探针2竞争结合探针1,导致FRET被破坏,QDs的荧光发生恢复。该生物传感器可在1.25 h内快速检测ASFV靶DNA,检出限为0.72μM,在猪肉、火腿肠和猪肉饺子等食品中的回收率为82.00%~108.00%,变异系数为0.02~0.15%。本研究提出了一种简单、快速的检测食品中ASFV基因片段的方法。课题二:在本工作中,成簇的规律间隔短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,CRISPR)与CRISPR关联蛋白系统(CRISPR-associated proteins system 13a,Cas13a)的技术(CRISPR/Cas 13a)具有特异剪切单链RNA的活性以及其操作简便等优势。化学发光共振能量转移(Chemiluminescence resonance energy transfer,CRET)由于无需要外部光源激发,无背景信号干扰,是一种高灵敏的检测技术。因此,本工作将CRISPR/Cas 13a与CRET结合灵敏简便地检测食品中的S.aureus。首先通过碱基互补配对原则合成aptamer-c RNA杂交双链体系,当S.aureus存在时,aptamer识别样本中S.aureus后释放出aptamer-c RNA杂交双链体系中的c RNA,CRISPR/Cas 13a识别目标c RNA反式剪切辣根过氧化酶(HRP)和单链RNA修饰的CRET探针(Au NPs-RNA1-HRP)(Au NPs与SH-RNA1-biotin通过冷冻法合成Au NP-RNA1,Au NP-RNA1与streptavidin-HRP通过链霉亲和素与生物素的特异性结合力合成Au NPs-RNA1-HRP),从而导致CRET被破坏,加入底物后化学发光信号增强。上述传感策略实现了在1h内对S.aureus的定量检测。S.aureus浓度与相对化学发光强度在10-105cfu/m L浓度范围内呈现出良好的线性关系,该方法的检测限为7cfu/m L。将该策略用于检测真实样品饮用水和牛奶中的S.aureus时,回收率为90.07%~105.5%,变异系数为2.20~6.80%,说明本文提出的基于CRISPR/Cas 13a与CRET相结合可以快速灵敏地检测实际食品样品(饮用水、牛奶)中的S.aureus。在此原理基础上,设计了免疫层析试纸条以实现S.aureus的现场快速检测,可直接通过手机拍摄结果。该试纸条可以在10 min内检测到10 cfu/m L的S.aureus,并且在饮用水、牛奶中可检测到102 cfu/m L的S.aureus。本工作将CRISPR/Cas13a、CRET以及免疫层析技术三者结合,建立了S.aureus快速可视化检测方法,以期为病原微生物的快速实时监测领域的进一步研究提供参考。
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