基于滚环扩增的荧光及比色传感器在克罗诺杆菌检测中应用的研究

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克罗诺杆菌(Cronobacter)是一种重要的食源性机会致病菌,感染人类后会引起坏死性小肠结肠炎、脑膜炎和菌血症等症状,严重时甚至会导致死亡。婴幼儿和免疫力低下的病人是感染Cronobacter的主要人群。研究表明,受污染的婴幼儿配方奶粉(powdered infant formula,PIF)是婴幼儿感染Cronobacter的主要途径。因此,建立准确有效的检测方法对于监控和预防Cronobacter引起的食物中毒具有重要意义。滚环扩增(rolling circle amplification,RCA)是一种核酸等温信号放大技术,通过单链DNA(single strand DNA,ss DNA)引物与环状DNA模板的结合,在DNA聚合酶的作用下引物沿着模板延伸,产生大量重复片段的长链DNA分子,从而实现核酸信号放大。RCA因其恒温反应,设计、操作简便,并且可以结合不同的信号输出策略而被广泛应用。本研究基于RCA核酸信号放大技术,并结合连接酶链式反应(ligase chain reaction,LCR)和适配子(aptamer)建立了PIF中Cronobacter的荧光及比色检测传感器,各章内容分述如下:第一章:综述了RCA介导的核酸信号放大策略在生物传感器中应用研究进展。第二章:建立了LCR-RCA荧光及比色传感器用于PIF中Cronobacter spp.的检测。首先以Cronobacter spp.的特异性ITS基因为靶标设计了一对锁式引物,该对引物能够与目标菌基因组DNA上的ITS基因特异性结合,在Taq DNA聚合酶和Taq DNA连接酶的作用下延伸和环化,得到环状的DNA分子。已环化的DNA分子又可作为未环化引物的模板,从而实现LCR扩增,得到大量的环状LCR产物。将环状的LCR产物投入到超分支滚环扩增(hyperbranched rolling circle amplification,HRCA)或线性滚环扩增(linear rolling circle amplification,LRCA)反应体系中,实现对Cronobacter spp.的荧光或比色检测。通过琼脂糖凝胶电泳、荧光和吸光度测定等实验验证了方法的可行性,优化了该方法的反应条件,并测定了两种传感器的检测限及特异性。在最优条件下,该方法对纯菌液中Cronobacter sakazakii(C.sakazakii)的检测限(limit of detection,LOD)为8.6×10~1CFU/mL(荧光)和7.5×10~2CFU/mL(比色),对PIF加标样中C.sakazakii的LOD为9.2×10~2CFU/mL(荧光)和8.4×10~3CFU/mL(比色),且方法特异性良好。第三章:建立了aptamer-RCA均相荧光传感器,用于PIF中C.sakazakii的检测。该方法采用文献报道的C.sakazakii特异性适配子作为识别元件。在均相体系中,适配子能够识别并结合目标菌,而未结合的适配子离心后存在于体系上清液中。将上清液中剩余的适配子投入到RCA反应体系中,适配子能够作为引物与RCA模板特异性结合,引发RCA并产生大量能够形成G四链体(G-quadruplex)结构的RCA产物。再向体系中投入硫黄素T(Thioflavin T,ThT),ThT嵌入G-quadruplex,增强荧光信号,从而实现对样品中C.sakazakii的荧光检测。利用琼脂糖凝胶电泳和荧光测定实验验证了方法的可行性,并优化了适配子与目标菌的孵育时间、RCA模板用量以及RCA反应时间等重要实验参数,并测定了aptamer-RCA荧光传感器的检测限及特异性。在最优条件下,该方法对纯菌液中C.sakazakii的LOD为2.7×10~2CFU/mL,对PIF加标样中C.sakazakii的LOD为2.4×10~3CFU/mL。该方法所需检测时间短、操作简便且特异性良好。
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