基于双功能噬菌体的新型酶联免疫吸附法检测赭曲霉毒素A的研究

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赭曲霉毒素A(Ochratoxin A)具有极强的毒性并且在世界范围内大量污染各种农作物,因而造成了社会经济的重大损失,并对人类健康造成严重威胁。许多国家和国际组织对OTA在食品中的残留量制定了严格的限量标准。鉴于OTA污染的普遍性和严重后果,建立OTA的高灵敏筛查方法对于保障食品安全具有重要的意义。酶联免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)因具有操作简单、成本低以及可以实现批量样本检测等优点,已成为基层单位进行OTA筛查检测常用方法之一。然而,传统竞争型ELISA存在两个主要的缺点。首先,基于辣根过氧化物酶(Horse radish peroxidase,HRP)催化四甲基联苯胺显色的产物信号强度弱,无法适用于痕量待测物的检测,且该方法是通过单一颜色的比色信号进行定量检测,因而不适合现场裸眼检测。其次,使用有毒的OTA和有机试剂制备酶标或竞争抗原,易导致环境污染和不可忽视的职业危害。M13噬菌体是一种长900 nm,直径6.5 nm的细菌丝状病毒。该病毒颗粒由2700个拷贝的主要p8蛋白和在两端3-5个拷贝的p3、p6、p7和p9次要蛋白组装而成。M13噬菌体可以通过融合表达方式在p3蛋白的N端展示出小分子肽或蛋白质,可以通过文库筛选方式淘选获得小分子化合物的模拟表位或相关配体。此外,M13的主要p8蛋白具有2700个拷贝,可在功能化后作为信号放大的载体装载信号转换元件(金纳米颗粒、荧光染料和酶)。为了解决传统ELISA灵敏度偏低以及毒素抗原制备过程的环境污染问题,本研究以含OTA模拟表位的生物素化M13噬菌体代替传统ELISA的酶标抗原,并以该噬菌体作为装载葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,GOx)的载体,通过结合量子点的荧光信号和金纳米粒子聚集产生的等离子体比色-光热双信号,构建了两种绿色无毒,且能高灵敏定量检测玉米中OTA的新方法。首先,以含OTA模拟表位的M13噬菌体(M13 phage with OTA mimotope,M13OTA)为ELISA的竞争抗原,将生物素修饰至M13OTA的p8蛋白上,然后通过链霉亲和素-生物素体系将GOx装载至噬菌体表面;在此基础上,选择对H2O2敏感的巯基丙酸修饰的量子点(Mercaptopropionic acid modified quantum dots,MPA-QDs)荧光信号为输出信号,建立了基于双功能噬菌体荧光的ELISA高灵敏定量检测OTA的新方法。在该反应体系中,当样本中不存在OTA时,GOx催化葡萄糖产生H2O2,此时MPA-QDs荧光发生猝灭;反之,量子点荧光不发生猝灭。通过优化生物素标记量,该功能化噬菌体最多可结合269个链霉亲和素,表明具有较强的信号放大能力。此外,本研究建立的荧光ELISA定量检测OTA的线性范围为4.8-625 pg/mL,检测限(LOD)达到5.39 pg/mL,灵敏度较传统ELISA方法高26倍,比以GOx-OTA(OTA标记GOx)为酶标抗原的荧光ELISA高6倍,且该方法检测实际玉米样品中OTA时,具有较好的特异性及准确性,其检测结果与HPLC确证方法有很好的相关性。进一步以该双功能噬菌体为竞争抗原,以H2O2催化酪胺诱导金纳米粒子聚集产生的比色及光热信号为ELISA输出信号,构建了基于双功能噬菌体比色-光热双模式定量检测OTA的ELISA新方法(M13OTA-pp ELISA)。在最优条件下,该方法通过比色以及光热信号(温度变化)定量检测OTA的线性范围均为9.8-312.5 pg/mL,其中基于比色信号的检测灵敏度为12.12 pg/mL,基于光热信号的检测灵敏度为8.58 pg/mL。当该反应体系中不存在OTA时,金纳米粒子因聚集而溶液颜色呈现深蓝色;当反应体系中OTA浓度增大,金纳米粒子不能发生聚集反应,溶液呈现红色,因此该ELISA方法可通过裸眼判读进行现场检测,其目测灵敏度为78 pg/mL。此外,本研究所建立的M13OTA-pp ELISA检测实际玉米样品中OTA时也显示出较高的特异性和准确性,其检测结果与HPLC方法具有很好的一致性。
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