【摘 要】
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真菌毒素引起的食品安全问题已经成为世界各国关注的焦点。其中赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)和黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)的污染问题尤为严重,对动物和人类具有致畸、肾脏毒、致癌、肝毒、致突变和免疫抑制作用。成簇规律间隔短回文序列(Clustered regularly interspaced palindromic repeats,CRISPR)系统是细菌特有
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真菌毒素引起的食品安全问题已经成为世界各国关注的焦点。其中赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)和黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)的污染问题尤为严重,对动物和人类具有致畸、肾脏毒、致癌、肝毒、致突变和免疫抑制作用。成簇规律间隔短回文序列(Clustered regularly interspaced palindromic repeats,CRISPR)系统是细菌特有的免疫防御机制,与相应的Cas蛋白结合能够有效的对外源核酸分子进行特异性片段化和降解。CRISPR-Cas12a具有独特的靶向性和附属切割活性,为开发针对核酸为底物的生物传感器提供了新的思路。因此,本研究拟以OTA和AFB1为检测的目标物,构建了CRISPR-Cas12a介导的生物传感分析技术,研究结果如下:(一)OTA灵敏检测的CRISPR-Cas12a介导双重信号放大上转换传感技术研究。首先,通过溶剂热法成功制备上转换纳米颗粒(UCNP),基于此构建了上转换纳米-磁颗粒探针(UCNP-DNA-Fe3O4),用以扩展CRISPR-Cas12a酶切底物的可选择性。其次,以OTA适配体为信号转换元件,构建含有适配体序列的dsDNA(OTA探针),当检测体系中存在OTA的时候,OTA适配体与OTA毒素竞争结合释放OTA适配体的互补链(Activator strain),随后Activator strain被CRISPR-Cas12a复合物识别并引发CRISPR-Cas12a降解任意ss DNA的能力。本章节实验同时采用传统荧光探针(6’FAM-TTATT-BHQ1,FQ)和UCNP-DNA-Fe3O4探针分别作为Cas12a的底物。实验结果显示OTA毒素的含量与Activator strain、荧光值成正比。该方法基于UCNP-DNA-Fe3O4探针的线性范围5~100 ng/mL,检测限0.83 ng/mL;基于FQ探针的线性范围5 ng/mL~80 ng/mL,检测限1.56 ng/mL。本文建立的UCNP-DNA-Fe3O4探针弥补了传统FQ探针不能够在复杂环境中应用的缺陷。该方法能够实现实际玉米粉样品中OTA的检测,为基于CRISPR-Cas12a生物传感分析技术在真菌毒素检测方面提供一定的参考。(二)CRISPR-Cas12a介导的通用型生物传感技术用于OTA、AFB1灵敏检测。这里,本章节设计了一种含有PAM(Protospacer Adjacent Motif)序列的dsDNA用于特异性激活CRISPR-Cas12a引发反式切割。在此基础之上引入磁纳米颗粒,针对不同适配体构建了一种通用型生物传感平台(MB-ss DNA-OTA(or AFB1)aptamer-dsDNA)。当反应体系中没有目标毒素,通过磁分离技术dsDNA被分离出来,加入报告液(CRISPR-Cas12a-FQ)后荧光没有变化。加入相应的单一毒素后,毒素与适配体的特异性结合导致适配体的空间结构改变释放dsDNA,经磁分离后含有dsDNA的上清液启动CRISPR-Cas12a引发反式切割。实验结果显示该方法对OTA的检测范围在0.01~100 ng/mL,检测限0.03 ng/mL;AFB1的范围0.01~50 ng/mL,检测限0.05 ng/mL。该方法能够实现实际玉米粉样品中OTA和AFB1的检测,回收率在97.20%~109.00%。与上一个实验相比,本章节建立了一种通用的生物传感技术,克服了CRISPR-Cas12a生物传感分析技术在单目标物检测的局限性和更低的检测限,为其在食品安全领域的多目标物检测提供一种解决方案。
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