微生物源示蹤技術在水產品安全溯源中的應用

[摘要]微生物源示蹤（Microbial Source Tracking，MST）技術主要由源指示物的選擇、源指示物的檢測和源解析三部分組成。本文簡要闡述了MST技術的原理及方法，并探討了其在水產品安全溯源方面的應用前景。

[關鍵詞]微生物源示蹤；非點源污染；糞便污染；水產品安全；溯源

1.MST技術原理

眾所周知微生物在其生長環境中具有生化特性、遺傳多樣性以及特異的代謝產物。MST技術正是利用微生物的這些特性將其作為示蹤指示物來識別污染環境中污染物（特別是糞便）的來源。其基本原理是：由于攝食、生理狀況等不同，可以把包括人在內的不同動物的腸道（宿主）看成不同的生態環境。生活在其中的微生物群落由于對不同環境脅迫因子的適應和競爭能力的差異，導致微生物種群發生變化而具有宿主專一性。而當其適應了該生態環境，這類微生物種群將會在功能上產生了一系列特異環境適應性，并將這些特性傳給后代，使這類微生物都帶有標志其宿主或生存環境的特異性指紋圖譜（如：特殊的代謝產物、遺傳學特征等）

2.MST技術的方法

源指示物的選擇是MST技術的關鍵部分。它包括具有源特異性的微生物及某些特殊的化學物質。大腸埃希氏菌和糞腸球菌是在熱血有機體小腸微生物群落的一個正常組分，包括人。并且它們在水體中廣泛存在，與糞便污染具有緊密的關聯，被認為是MST指示物的首選。由于MST技術的發展，也開發出了一些其他的源指示物，如：雙歧桿菌屬、嗜糞紅球菌[1]、產氣莢膜梭菌等。

3.源指示物的檢測

源指示物的檢測方法是指對糞便的特異性指示物或指示物的特異性指紋圖譜分析方法，根據差異指紋反向追蹤其所在宿主，該檢測的方法可分為化學法、表型法和基因型法。其中基因法因其快速，高準確性，高通量而成為研究的熱點并得到了廣泛的應用[4]。

源解析是利用一定的統計分類方法，對源指示物的特異性指紋進行歸類分析，判別污染水體污染源，研究采用依賴數據庫型或非依賴數據庫型。非依賴數據庫方法僅需檢測某一宿主源的特異性標志物的有無，無需建立數據庫，所以宿主特異性分子標志的專一性是非數據庫依賴型的關鍵。依賴數據庫型方法需要建立源指示物的特異性指紋圖譜庫。以此作為依據，將被測水樣中未知的指紋與已建的指紋圖譜庫中的圖譜做比對，來確定污染源。因此數據庫的代表性和時空穩定性非常關鍵。這也即是這種技術發展所需要解決的瓶頸。現今常采用判別分析法的同源相似率（average rate of correct classification，ARCC）來評價數據庫的穩定性與代表性。

4.MST技術在水產品安全溯源中的應用展望

近年來的研究表明，MST的優勢主要體現在能準確識別水域中的非點源污染，特別是糞便的污染來源，并且能正確評估非點源污染水的污染貢獻率，同時能明確各已知污染源與病源微生物和污染危害的相關性，還能預測各污染源污染物的遷移轉化規律和擴散途徑。然而，源指示物的特異性及穩定性是MST技術的首要問題。快速、簡單、高靈敏度和高特異性一直是MST技術發展的方向。現今各種MST的方法都有其自身的優缺點，因地制宜，將各種MST方法的優缺點互補是MST未來發展的趨勢。相信隨著研究的深入，MST技術將開創水產品安全管理的新理念。

參考文獻

[1]Donald M Stoeckel， Valerie J Harwood. Performance， Design， and Analysis in Microbial Source Tracking Studies [J].Applied and Environmental Microbiology， 2007， 73：2405–2415.

[2]王耀兵，蘇潔，楊玉敏等.一種糞便污染源識別新技術——微生物源示蹤[J].海洋環境科學，2008，27，2.

[3]Andrea L Wheeler， Peter G Hartel， Dominique G Godfrey， et al. Potential of Enterococcus Faecalis as a Human Fecal Indicator for Microbial Source Tracking.[J]. ENVIRON. QUAL，2002， 31： 1286-1293.

[4]Michele Gourmelon， Marie Paule Caprais， Raphae Segura， et al. Evaluation of Two Library-Independent Microbial Source Tracking Methods To Identify Sources of Fecal Contamination in French Estuaries[J]. Applied and Environmental Microbiology， 2007， 73： 4857–4866.

[5]Donald M.StoeckelMelvin V.MathesKenneth E.Hyer. Comparison of Seven Protocols to Identify Fecal Contamination Sources Using Escherichia coli [J]. Environmental Science And Technology ， 2004， 38： 6109–6117.

[6]S. A. Ritchey， M. S. Coyne. Applying MAR Analysis to Identify Human and Non-Human Fecal Sources in Small Kentucky Watersheds [J]. Water， Air， Soil Pollution， 2009， 196： 115–125.

[7]Elizabeth A. Casareza， Surech D. Pillai， George D. Di Giovanni. Genotype Diversity of Escherichia coli Isolates in Natural Waters Determined by PFGE and ERIC-PCR[J].Water Research， 2007， 41： 3643–3648.

[8]Tao Yan， Matthew J. Hamilton， Michael J. Sadowsky. High-Throughput and Quantitative Procedure for Determining Sources of Escherichia coli in Waterways by Using Host-Specific DNA Marker Genes [J]. Applied and environmental Microbiology， 2007， 73：890–896.

[9]Beverly J. Kildare， Christian M. Leuteneggerb， Belinda S. Mcswaina， et al. 16S rRNA-based Assays for Quantitative Detection of Universal， Human-， Cow-， and Dog-specific Fecal Bacteroidales [J]. Water Research 2007， 41：3701–3715.