乳中志賀氏菌的熒光定量PCR檢測方法的建立

郭瑜，姚笛，侯婷婷，張微，佐兆杭，劉鑫，郭德軍（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶163319）

乳中志賀氏菌的熒光定量PCR檢測方法的建立

郭瑜，姚笛，侯婷婷，張微，佐兆杭，劉鑫，郭德軍
（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶163319）

為了快速、有效的檢測乳中的志賀氏菌，建立一種特異性強、靈敏度高的熒光定量PCR方法。根據GenBank公布的志賀氏菌ipaH基因的保守序列設計特異性引物，對提取的志賀氏菌DNA模板進行PCR擴增，對目的基因進行克隆和測序，然后利用熒光定量PCR方法，對志賀氏菌進行檢測，確定其擴增條件。建立的方法特異性強，檢測的靈敏度可達到10-6ng/μL。利用建立的方法可檢測乳中2.84 cfu/mL的志賀氏菌。該方法為快速、準確檢測乳中的志賀氏菌提供了參考。

熒光定量PCR；志賀氏菌；ipaH基因

牛乳作為一種理想的營養食品被人們廣泛食用，人們對乳及乳制品的需求量也在逐年增加，同時牛乳也是一種最易遭受病菌污染發生腐敗變質的食品之一。因此，乳品安全問題成為社會各界關注的焦點。目前牛奶最主要的污染致病菌就是細菌，特別是腸道致病菌志賀氏菌（Shigella），該種細菌在低溫環境下可存活，在牛奶中可生存1周～2周。

志賀氏菌是引起人類細菌性痢疾的腸道病原菌，為革蘭氏陰性桿菌，具有高度傳染性，主要傳播途徑是消化道［1-2］，據調查，全球每年有1.6億人患病，大約有110萬人死亡，其中絕大多數是兒童［3-4］。在我國最為常見的是由福氏和宋內志賀菌引起的菌痢，并且在我國內陸地區分布廣泛，成為各地衛生部門重點檢測的對象。而在我國廣大農村地區的衛生條件差，經常會因水源或食品受到志賀氏菌污染而引起痢疾、腹瀉等疾病爆發［5-6］。志賀氏菌有較強的附著力和侵襲力，能分泌內、外毒素，可引起腹痛，腹瀉，局部黏膜炎癥，壞死和潰瘍等癥狀［7］。因此，建立一種快速、準確的志賀氏菌檢測方法顯得尤為重要。

目前，常規的志賀氏菌檢測方法有微生物法、理化法和免疫法等，但是，國內外對志賀氏菌的檢驗方法大多用培養法和生化鑒定法，這些方法存在著操作步驟繁瑣、時間長、靈敏度低、容易出現假陰性等缺點［8］。因此，本研究根據志賀氏菌的ipaH［9］基因的保守序列設計特異性引物，建立志賀氏菌的熒光定量PCR檢測方法，該方法具有快速、簡便、靈敏等特點，可為志賀氏菌的快速檢測提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1菌株

宋內氏志賀氏菌（Shigella sonnei）標準菌株：黑龍江八一農墾大學食品學院食品微生物實驗室保存。

1.1.2試劑

LB培養基為青島海博公司產品；TaKaRa ExTaqTM（5 U/μL）、rTaq（5 U/μL）、MgCl2（25 mmol/L）、dNTPs （10 mmol/L）、DL2000DNAMarker、6×Loading Buffer、10×Loading Buffer、SYBR Premix Ex TaqTM（Tli RNaseH Plus）：TaKaRa公司；細菌基因組DNA抽提試劑盒、質粒抽提試劑盒、膠回收試劑盒等：廣州飛揚生物工程有限公司。

1.1.3主要儀器

9700型PCR基因擴增儀：基因有限公司；JY04S-3B電泳儀：北京君意東方電泳設備有限公司；YJ600+型凝膠成像系統：北京君意東方電泳有限公司；Line-Gene K型Real-Time PCR儀：杭州博日科技有限公司；TGL-16B臺式離心機：上海安亭科學儀器制造廠。

1.2方法

1.2.1菌株培養

將宋內氏志賀氏菌接種于固體LB培養基中，37℃，24 h，挑取單菌落接種于液體LB培養基中，37℃，200 r/min，過夜培養。

1.2.2DNA模板的制備

熱裂解法：取培養液1.0 mL，置于1.5 mL的離心管中，12 000 r/min離心2 min，滅菌ddH2O洗劑兩次，最后300 μL ddH2O懸浮，隔水煮沸15 min，8 000 r/min離心15 min，取上清，即為DNA模板［10］。

1.2.3引物的合成

根據GenBank公布的志賀氏菌ipaH基因的保守序列，利用Primer 5軟件設計特異性引物，由上海生工生物技術有限公司合成，擴增片段大小為167 bp。

上游引物：5'-GAGACCTAAACAAGATAAGTCCAAC-3'

下游引物：5'-CCTAATAAATGTCCTTCGTATCGC-3'

1.2.4目的基因的擴增和純化

以提取的志賀氏菌DNA為模板，應用所設計的引物對其進行PCR擴增，擴增條件為：95℃預變性3 min，95℃變性30 s，55℃退火30 s，72℃延伸30 s，經30個循環；最后72℃保溫7 min。PCR產物進行2%瓊脂糖凝膠電泳，對擴增目的片段進行回收純化，具體操作按照說明書進行。

1.2.5目的基因的克隆

將純化后的目的基因與pMD-18 T載體混合均勻，16℃連接2 h，取1 μL的連接產物加入100 μL E. coli DH5α感受態細胞進行重組質粒的轉化，取適量均勻涂布于Amp+的LB平板中，37℃培養過夜，挑取平板中的單個菌落，接種于Amp+的LB液體培養液中，37℃180 r/min振搖過夜。按照說明書操作提取質粒，對質粒進行PCR鑒定，將陽性克隆送上海生工進行序列測定。

1.2.6重組質粒標準曲線的繪制

測定重組質粒的濃度C值，計算出原始拷貝數，然后進行倍比稀釋，取不同稀釋度的質粒模板進行定量PCR擴增。定量PCR的反應體系為：SYBR Premix Ex Tap（2X）（Tli RNaseH Plus）12.5 μL，上、下游引物（10 μmol/L）各0.5 μL，DNA模板2.0 μL，ddH2O 9.5 μL。反應條件為94℃30 s滅活酶，95℃5 s變性，60℃20 s退火、延伸，擴增45個循環，反應結束后，計算機自動計算，形成標準曲線。

1.2.7特異性檢測

利用建立的熒光定量PCR檢測方法，對蠟樣芽孢桿菌、大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌4種感染人的食品病原細菌同時進行檢測，進一步確定志賀氏菌熒光定量PCR方法的特異性。

1.2.8靈敏性檢測

測定所提取的志賀氏菌DNA的濃度，用ddH2O進行10倍梯度稀釋，取不同稀釋度的樣品2 μL進行熒光定量PCR擴增，測定其最低檢測值。

1.2.9模擬標本的檢測

將志賀氏菌制備一定濃度的菌懸液，用無菌生理鹽水10倍梯度稀釋，測定菌落總數，將滅菌的牛乳中摻入志賀氏菌，使乳中菌含量為28.4、2.84×102、2.84× 103、2.84×104cfu/mL，混勻后提取DNA模板進行熒光定量PCR擴增。

2　結果與分析

2.1志賀氏菌的ipaH基因的PCR擴增與測序

以志賀氏菌基因組DNA為模板，PCR擴增ipaH基因，擴增結果見圖1。

圖1ipaH基因的PCR擴增Fig.1　PCR amplification of ipaH gene

由圖1可知，擴增帶大小與預期的結果一致。將擴增的PCR產物進行回收、連接、轉化后，提取重組質粒，并對其進行PCR鑒定，其鑒定結果如圖2所示。

圖2ipaH基因重組質粒的PCR結果Fig.2　ResuLts the recombinant plasmid of ipaH gene of PCR

將鑒定正確的重組質粒進行測序，測序結果與GenBank進行BLAST比對，結果可知擴增產物與志賀氏菌的ipaH基因的相應區域的同源性為100%。

2.2熒光定量PCR擴增結果

將重組質粒10倍倍比稀釋，取濃度依次為1×105、1×106、1×107、1×108、1×109copies/μL，分別以此為模板進行熒光定量PCR擴增，得到標準模板的實時PCR擴增曲線，擴增結果見圖3。

圖3　標準模板的熒光定量PCR擴增曲線Fig.3　Dynamic amplification curve of real-time PCR for standard template of Shigella

根據得到質粒標準模板的實時PCR擴增曲線繪制出標準曲線，結果見圖4，方程為y=-3.416 0x+ 40.552，相關系數為0.998，表明在稀釋的范圍內有很好的線性關系。

在SYBR GreenⅠ熒光定量PCR后進行熔解曲線分析，結果見圖5。

圖4　標準模板的標準曲線Fig.4　Standard curve of real-time PCR with standard template

圖5　標準模板的熔解曲線Fig.5　Melting curve of real-time PCR with standard template

由熒光定量PCR的熔解曲線可知，不同濃度的標準品的擴增產物的溶解溫度都為81℃。

2.3熒光定量PCR的特異性試驗

采用熒光定量PCR方法對蠟樣芽孢桿菌、大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌同時進行檢測，結果見圖6。

圖6　志賀氏菌熒光定量的特異性檢測Fig.6　Specificity detection of real-time PCR for Shigella

結果表明：除志賀氏菌出現良好的擴增曲線，結果為陽性外，其他細菌均未出現曲線擴增、結果為陰性。說明本研究建立的方法對志賀氏菌有很好的特異性，與其他相關細菌無交叉反應。

2.4熒光定量PCR的敏感性試驗

將志賀氏菌DNA用dd H2O10倍梯度稀釋成1× 10-3、1×10-4、1×10-5、1×10-6、1×10-7ng/μL的濃度，進行熒光定量PCR擴增，結果顯示其靈敏度為1×10-6ng/μL。當DNA的濃度只有1×10-6ng/μL時，根據公式copies/μL= （6.02×1023）×（ng/μL×10-9）/（DNA length×660）計算出拷貝數為5.46×104copies/μL，依然可以檢測的到，說明熒光定量PCR擴增檢測志賀氏菌的穩定性好、靈敏度極高。

2.5模擬標本的檢測

滅菌的牛乳中摻入志賀氏菌，使乳中菌的含量為2.84、2.84×101、2.84×102、2.84×103cfu/mL，采用熒光定量PCR方法同時進行檢測，結果見圖7。

由圖7可知：當乳中菌的含量只有2.84cfu/mL時［11］，依然可以檢測到，說明該方法的靈敏度極好。

圖7模擬標本的熒光定量PCR擴增曲線Fig.7　Amplification curve of real-time PCR for simulation specimens

3　討論

在我國，志賀氏菌在感染性腹瀉病原菌中居于首位，是一類有著高度傳染性和危害性的腸道致病菌。目前，國內外對乳中致病菌的檢驗大多用培養法和生化鑒定法進行檢測，這種方法存在著操作步驟繁瑣、時間長、靈敏度低、容易出現假陰性等缺點。乳膠凝集法、免疫磁珠分離法、酶免疫測定等免疫學方法雖然能彌補傳統方法中的一些不足，但仍存在誤差大、周期長的局限性。用基因探針檢測則存在檢測費用昂貴的缺點［8］。熒光定量PCR（Real-time PCR）技術的應用有效地克服了以上技術的諸多缺點，可以同時檢測多種致病菌，具有快速、準確、靈敏、特異性高的特點，并且在疾病的診斷中有著廣闊的應用前景［12］。

熒光定量PCR檢測志賀氏菌的全部操作過程需要3 h左右，不僅大大提高了工作效率，并且除了需開蓋加樣，其他的全部過程都在密閉的PCR管中實現，有效的避免了由電泳帶來的誤差。本研究建立的熒光定量PCR技術經過對志賀氏菌及3種相關細菌的檢測發現，志賀氏菌的重組質粒在濃度在1×105到1× 109copies/μL之間時呈良好的線性關系，相關系數為0.998，檢測的靈敏度達1×10-6ng/μL，計算得出拷貝數為5.46×104copies/μL，且與其他3種相關細菌均無交叉反應。當乳中志賀氏菌的含量為28.4 cfu/mL，依然可檢測的出，具有的準確、快速、操作簡便、靈敏度高、特異性好等特點，為建立乳中志賀氏菌的檢測體系提供了一種高效、便捷、可靠的新技術，擁有較高的應用及推廣價值，該熒光定量PCR診斷方法也會在今后試驗和應用中不斷地得到完善。

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Establishment of Real-time PCR Method for Detection of Shigella in Milk

GUO Yu，YAO Di，HOU Ting-ting，ZHANG Wei，ZUO Zhao-hang，LIU Xin，GUO De-jun
（College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China）

For fast，effective detection of Shigella in milk，a strong specificity，high sensitivity real-time PCR method was established.The specific primers were designed according to the conserved sequence of Shigella ipaH gene published in GenBank，the extracted Shigella DNA template was amplified by PCR，the target gene was cloned and sequenced，then using the fluorescent quantitative PCR method，to detect Shigella，determine the amplification conditions.The established method specificity is high，the detected sensitivity reach 10-6ng/μL. Using the method of Shigella in milk can be detected at 28.4 cfu/mL.The method provides a reference for fast，accurate detection Shigella in milk.

Real-time PCR；Shigella；ipaH gene

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.032

黑龍江省大學生創業項目（HNK11A-10-03201410223014）

郭瑜（1993—），女（漢），本科，食品質量與安全專業。

2015-04-12