超高特異性E. coli O157:H7活性菌株便攜式生物發(fā)光檢測
發(fā)布時間：2024-08-23 瀏覽次數(shù)：253
摘要：活的食源性致病菌繁殖迅速，對人體健康危害巨大，需要適當?shù)姆椒ㄟM行監(jiān)管。本研究開發(fā)了一種便攜式三磷酸腺苷(ATP)生物發(fā)光傳感器，該傳感器對大腸桿菌O157:H7菌株具有高特異性，可通過定向噬菌體修飾的攪拌棒提取和生物增殖協(xié)同增強。簡單地說，選擇的噬菌體定向固定在聚二烯基二甲基氯化銨修飾的金攪拌棒上作為生物受體。經(jīng)過簡單的攪拌棒吸收萃取和在LB培養(yǎng)基中的生物增殖，捕獲的大腸桿菌O157: H7的數(shù)量激增。最后用便攜式ATP生物發(fā)光傳感器對其進行定量。該傳感器利用噬菌體的高特異性和簡單的信號雙擴增策略，在菌株水平上實現(xiàn)了對活菌的識別，具有較高的靈敏度。此外，便攜式信號讀出器使其適合現(xiàn)場檢測。在最佳條件下，該方法的檢測范圍為102 ~ 107 CFU mL-1,30 min內(nèi)的最低檢出限為30 CFU mL-1。對實際樣品的檢測結果表明，該方法與平板計數(shù)法無差異，但檢測時間大大縮短。此外，該方法為活體大腸桿菌的即時檢測(POCT)提供了新的途徑，有望推廣到其他具有相應噬菌體的毒力菌株的檢測中。
本研究設計了一種便攜式ATP生物發(fā)光傳感器，該傳感器與定向噬菌體修飾的攪拌棒提取和生物增殖相結合，可用于大腸桿菌O157:H7活毒株的快速現(xiàn)場鑒定。圖1闡述了噬菌體固定化攪拌棒的制備過程和ATP生物發(fā)光檢測。首先，用聚二烯丙基二甲氯化銨(PDDA)對攪拌棒進行帶正電荷的改性。然后利用靜電吸引將帶負電荷的噬菌體頭部固定，使噬菌體的尾纖維面向溶液。這樣，噬菌體在攪拌棒上的定向固定化實現(xiàn)了特異性和高效捕獲目標菌株。通過經(jīng)典的SBSE過程后，將捕獲的大腸桿菌O157:H7攪拌棒置于Luria-Bertani (LB)培養(yǎng)基中進行生物增殖，進一步提高細菌濃度。最后，利用便攜式ATP生物發(fā)光傳感器檢測大腸桿菌O157:H7活性濃度。通過對噬菌體的研究表明，本工作中的噬菌體對目標大腸桿菌O157:H7表現(xiàn)出超高的菌株選擇性(圖2)，并且通過定向修飾后，能夠進一步增強噬菌體對目標菌的抓捕能力(圖3)。該方法具有噬菌體的高特異性識別、簡單的雙擴增策略和便攜式ATP生物發(fā)光傳感器等優(yōu)點，可在現(xiàn)場操作簡單，定量測定靶菌的微量含量。
圖1. (A)噬菌體定向固定在攪拌棒上的制備工藝。(B)雙放大策略示意圖。(C)使用便攜式ATP生物發(fā)光傳感器對活大腸桿菌O157:H7菌株進行定量檢測。
圖2.噬菌體對不同細菌及不同大腸桿菌菌株識別能力
圖3.定向修飾的噬菌體對細菌的抓捕能力
圖4. 現(xiàn)場檢測流程
總結：在這項工作中，利用便攜式生物發(fā)光傳感器開發(fā)了一種快速、特異性和現(xiàn)場檢測大腸桿菌O157:H7菌株的方法。它在菌株水平上實現(xiàn)了對細菌的識別。以噬菌體攪拌棒為基礎，建立了一種高效的SBSE預處理方法，只需5 min即可富集大腸桿菌，實現(xiàn)了食品樣品中O157:H7大腸桿菌的快速特異性分離。此外，攪拌棒上捕獲的細菌經(jīng)LB增殖后利用便攜式ATP生物發(fā)光傳感器對活菌進行定量檢測。檢測信號可放大36倍，LOD為30 CFU mL-1。結果表明，該方法可用于大腸桿菌O157:H7活株的定量檢測。
參考文獻：Cao C, Wang M, Zhang D, et al. Portable ATP bioluminescence sensor with high specificity for live Escherichia coli O157: H7 strain synergistically enhanced by orientated phage-modified stir bar extraction and bio-proliferation[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 220: 114852.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)
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